CN108573085B - 一种快速生成轮胎花纹法向刚度云图的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮胎胎面花纹法向刚度云图的快速生成方法，利用该方法进行轮胎胎面设计的方法，以及设计得到的轮胎。该方法采用计算机程序设计语言C++快速生成花纹法向刚度云图，以胎面花纹二维DXF文件作为输入文件，并最终将刚度以云图形式显示，成倍提高工作效率并使分析结果满足用户的需要，指导轮胎花纹设计工作者改进设计方案，缩短设计周期。

Description

一种快速生成轮胎花纹法向刚度云图的方法

技术领域

本发明涉及一种可快速生成轮胎花纹法向刚度云图的方法，可用于轮胎设计与分析研究机构，方便快速确定胎面花纹法向刚度分布情况。

背景技术

轮胎花纹又称胎面花纹，是轮胎与路面相互作用的直接接触部分。胎面花纹的设计在轮胎设计的四大要素中是最复杂的，也是重中之重。它不仅决定了轮胎的使用特性，也决定了轮胎的抓地力，排水性以及降噪。在花纹结构设计中，刚度是一个不可忽视的指标，刚度是用来衡量材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力，刚度越大，变形越小，相反刚度越小，变形越大。对于现实世界中大量不同的胎面花纹设计方案，采用传统实测的方法对花纹刚度进行测量和实验，不仅会造成经济成本的上升，也会耗费大量时间和资源。因次，在设计方案完成之初，确定花纹刚度分布情况，就能对设计方案进行改进，也能完成设计方案的选优。

在对胎面花纹法向刚度进行有限元仿真计算分析时，需要首先计算其接触压力，并设置接触压力为场变量，然后通过其他数据处理软件对数据进行处理，方可得到花纹块的刚度分布特性，计算过程十分繁琐。同时由于橡胶材料具有超弹性和大变形特性，在有限元仿真过程中很容易造成计算过程终止，这无疑给有限元计算带来了很大的难度。就算经验丰富的有限元工程师，想要获得一个设计方案的花纹刚度分布也需要数小时。这显然会造成巨大工作量堆积和浪费大量的时间，极容易使人产生厌烦情绪，严重影响用户的工作效率。

因此，为了达到适应轮胎花纹设计的特殊要求，成倍缩短利用有限元仿真分析的时间，就需要发明一种新的生成胎面花纹法向刚度云图的方法，并采用计算机程序设计语言，自动完成轮胎胎面花纹法向刚度云图生成，在达到有效分析的目的的前提下，成倍提高工作效率并使分析结果满足用户的需要，指导轮胎花纹设计工作者改进设计方案，缩短设计周期。

发明内容

本发明的目的是提供一种在满足轮胎花纹设计要求的基础上，采用计算机程序设计语言C++快速生成花纹法向刚度云图的方法。由本发明以胎面花纹二维DXF文件作为输入文件，并最终将刚度以云图形式显示。

本发明提供如下技术方案：

一种轮胎胎面花纹法向刚度云图的快速生成方法，包含以下步骤：

第一步，清理胎面花纹结构图：在计算机辅助绘图程序AutoCAD中，打开胎面花纹的原始结构设计草图，清除图中的文字说明、尺寸标注和其它不涉及胎面花纹元素的辅助线，胎面花纹都是一个个封闭的二维几何图形，在清理的过程中要保证花纹块在边界上没有断开，且所有线段应当首尾连接在一起，最终得到一个干净的胎面花纹图形，并将该花纹图导出为DXF格式的数据文件；

第二步，提取花纹元素信息：输入数据文件以DXF格式文件为主，在DXF文件中，包含了构成花纹元素的所有信息。在DXF文件中，数据都是按照一定的数据格式存储的，直线段和圆弧对应的关键字分别为“AcDbLine”和“AcDbArc”。通过关键字查找，获取到胎面花纹所有的直线段和圆弧信息，通过编写计算机程序查找DXF文件中的相关信息即可获得花纹元素信息。

第三步，获取花纹块边界几何元素：通过循环搜索第二步得到的几何信息，获得每一个花纹块的边界组成元素。

第四步，获得花纹块边界最小包围框：任何一个花纹块在其外边界都可以找到一个最小的矩形包围框，这个矩形包围框包含了该花纹的所有元素信息。为此以其中一个花纹块为起始花纹块，循环搜索当前花纹块的所有边界元素，分别找到x,y坐标的最大值和最小值，进一步确定该矩形框的左上角点和右下角点，由这两个点即可确定当前花纹块的最小包围框，循环每一个花纹块，得到所有花纹块的最小包围框。

第五步，计算花纹块到边界元素的距离：根据第三步得到的最小包围框，按照一定的宽高标准将其离散成小块，这样就得到一系列的坐标点，接下来找到所有位于花纹块之中的坐标点，计算该点距离花纹块边界元素的距离，存入一个变量distance和distanceMin中，遍历当前花纹块的所有边界元素，比较distance与distanceMin的关系，每一次比较，将最小的距离存入到变量distanceMin中，最终获得该点距离花纹所有边界元素的最小距离distanceMin。循环所有的点，最终获取到一系列的坐标点(x,y)和对应的最小距离值，并将其写入到一个文本文件中。

第六步，生成刚度云图：读取第五步中的文本文件，获取到每一点的坐标数据和距离值，按照一定的规则进行颜色填充，即可获得花纹法向刚度的分布云图。

本发明所提出胎面花纹法向刚度云图生成方法，能快速确定花纹法向刚度云图的分布状态，这样大大提高了花纹设计工作者的工作效率，节省了大量的时间。

本发明还提供一种利用上述轮胎胎面花纹法向刚度云图的快速生成方法进行轮胎胎面设计的方法。

进一步，本发明还提供一种利用上述轮胎胎面设计的方法设计得到的轮胎。

附图说明

图1是本发明的实施流程图；

图2是胎面花纹原始图；

图3是清理之后的胎面花纹图；

图4是法向刚度分布云图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例

图1是本发明处理方法的实施流程图，下面以一个轮胎胎面花纹法向刚度云图生成的实例按本发明的处理方法及过程进行具体说明。

采用本发明根据图1所示的流程，将轮胎花纹的原始设计图导入到计算机辅助设计程序AutoCAD中，首先对其进行清理，删除掉原始图中的尺寸标注、其它多余的文字信息以及和与结构及材料分布无关的曲线信息，只保留与胎面花纹有关的几何元素，在清理过程使花纹块边界首尾连接在一起。最终得到如图3所示的轮胎胎面花纹结构图，将其以DXF格式导出到数据文件。

接下来，读取DXF文件信息，在DXF文件中，直线段和圆弧等几何信息都是按照固定的格式存储的，直线段按照起点和终点的坐标存储，圆弧按照圆心、半径和起始角度存储。在DXF文件中直线和圆弧对应的关键字分别为“AcDbLine”和“AcDbArc”，因此只需要通过查找关键字“AcDbLine”和“AcDbArc”定位到直线段和圆弧所在的位置，即可读取到直线段和圆弧的坐标信息。

获取花纹块边界几何元素，得到所有几何元素之后，接下来需要确定组成所有花纹块的边界信息。在本实例中，所有花纹块之间都没有连接，也就是说同一个几何元素只可能属于一个花纹块。在寻找花纹块边界的时候，我们以一个几何元素为搜索起点，循环余下的所有几何元素，当任意一个元素与当前元素相互连接的时候，即将该元素加入到向量容器中，同时从元素列表中删除该元素，每次找到下一个元素之后，更新当前几何元素，直到找完该花纹块的所有边界元素。最终得到每一个花纹块边界元素组成的向量，本例中最终获得的花纹块边界元素信息为{(0,0),(-44.0860,0),(-44.0860,0),(-59.5580,15.4710),(-59.5580,27.7690),(-35.4500,21.3090),(0,36.2240),(0,0)；(0,39.4790),(-35.6660,24.4730),(-59.5580,30.8750),(-59.5580,43.1720),(-35.2420,67.4870),(-35.2420,81.5800),(-19.2420,75.7560),(0,79.8960),(0,39.4790),……}。

确定花纹块边界最小包围框，任何一个封闭的花纹块都可以看成是由一系列几何元素组合在一起的，以其中一个花纹块为起始花纹块，循环搜索当前花纹块的所有边界元素的组成坐标点，分别找到x,y坐标的最大值和最小值，分别记为xMin，xMax，yMin，yMax。进一步确定该矩形框的左上角点和右下角点，由这两个点即可确定当前花纹块的最小包围框，记作{(xMin,yMax),(xMax,yMin)}。遍历所有花纹块，得到所有花纹块的最小包围框。本例中获得的最小边界包围框的结果为{(-59.5580,36.2240),(0,0)；(-59.5580,81.5800),(0,24.4730),……}。

计算花纹块到边界的距离，根据上面得到的最小包围框，按照一定的宽高标准将其离散成小块，这样就得到一系列的坐标点，接下来找到所有位于花纹块之中的坐标点，然后计算所有坐标点距离当前花纹块的边界元素的距离，取所有距离中的最小距离，记录到当前变量distance中。最终获取到一系列的坐标点(x,y)和对应的距离值，在本实例中计算获得的坐标点x，y和对应的距离为{(-58.5580,15.1786,0.500299),(-58.558,16.0714,1),(-58.558,16.9643,1),(-58.558,17.8571,1),(-58.558,18.75,1),(-58.558,19.6429,1),(-58.558,20.5357,1),(-58.558,21.4286,1),(-58.558,22.3214,1),(-58.558,23.2143,1),(-58.558,24.1071,1),(-58.558,25,1),(-58.558,25.8929,1),(-58.558,26.7857,0.690949),(-58.558,14.2857,0.576017),(-58.558,15.1786,1.20738),(-58.558,16.0714,1.83875),(-58.558,16.9643,2),……}，将其写入到一个文本文件中。

将此文件作为输入文件，读取每一点的坐标数据和距离值，按照一定的规则进行颜色填充，即可获得花纹法向刚度的分布云图。即可获得花纹的法向方向的刚度分布云图，并且此分析的结果是有效且能被接受的，如图4所示。

应当理解，本实施例的优选实施方式的附图和工艺不是将本发明限制为所公开的特定的形式，本发明涵盖了落入说明书描述的以及所附的权利要求限定的范围内的所有的修改、等价物和替换物。

Claims (10)

1.一种轮胎胎面花纹法向刚度云图的快速生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，清理胎面花纹结构图：最终得到胎面花纹图形，并将该花纹图形导出为DXF格式的数据文件；

第二步，提取花纹元素信息：获取到胎面花纹所有的直线段和圆弧信息，查找DXF文件中的相关信息即可获得花纹元素信息；

第三步，获取花纹块边界几何元素：通过循环搜索第二步得到的几何信息，获得每一个花纹块的边界组成元素；

第四步，获得花纹块边界最小包围框：任何一个花纹块在其外边界都可以找到一个最小的矩形包围框，这个矩形包围框包含了花纹的所有元素信息；

第五步，计算花纹块到边界元素的距离：根据第三步得到的最小包围框，将其离散成小块，这样就得到一系列的坐标点，接下来找到所有位于花纹块之中的坐标点，计算该点距离花纹块边界元素的距离；

第六步，生成刚度云图：读取第五步中的文本文件，获取到每一点的坐标数据和距离值，进行颜色填充，即可获得花纹法向刚度的分布云图。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一步清理胎面花纹结构图为，在计算机辅助绘图程序AutoCAD中，打开胎面花纹的原始结构设计图，清除图中的文字说明、尺寸标注和其它不涉及胎面花纹元素的辅助线。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在清理的过程中要保证花纹块在边界上没有断开，且所有线段应当首尾连接在一起。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述胎面花纹图形是封闭的二维几何图形。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二步中输入数据文件以DXF 格式文件为主，在DXF文件中，包含了构成花纹元素的所有信息。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二步中通过编写计算机程序查找DXF文件中的相关信息。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第四步中，以一个花纹块为起始花纹块，循环搜索当前花纹块的所有边界元素，分别找到x,y坐标的最大值和最小值，进一步确定矩形框的左上角点和右下角点，由这两个点即可确定当前花纹块的最小包围框。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第五步中，遍历当前花纹块的所有边界元素，比较获得坐标点距离花纹所有边界元素的最小距离。

9.一种轮胎胎面设计的方法，其特征在于：利用上述权利要求1-8任一项的轮胎胎面花纹法向刚度云图的快速生成方法进行设计。

10.一种轮胎胎面，其特征在于：利用权利要求9所述的轮胎胎面设计的方法设计得到。

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