[发明专利]一种基于有限元单元节点的子午线轮胎胎面花纹有限元自动建模方法

权利要求书

1.一种基于有限元单元节点的子午线轮胎胎面花纹有限元自动建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）几何清理：

轮胎花纹二维结构设计图包括胎面花纹展开图和轮胎花纹子午面图；首先在AutoCAD中截取单一节距花纹的右半部分结构图，然后对花纹展开图和花纹子午面图分别进行几何清理；所述几何清理包括忽略轮胎防擦线、标识线和宽度小于0.8mm的细小沟槽；

（2）二维网格划分：

以花纹子午面图中的轮胎旋转轴和轮胎中分面的交点为原点，以轮胎轴向为x轴，轮胎径向为y轴，轮胎中分面的轮廓切线方向为z轴，建立三维直角坐标系Oxyz；

在坐标系xOz面内对胎面花纹展开图进行网格划分，划分网格时为确保单一节距花纹旋转后能得到完整的花纹轮胎模型，应使胎面花纹展开图两端面上节点密度一致；

在坐标系xOy面内对轮胎花纹子午面图进行网格划分，用多段圆弧拟合轮胎子午面外轮廓曲线；拾取花纹展开图于xOy平面内的直线上节点坐标，利用圆弧表达式转换成外轮廓曲线上节点坐标；过外轮廓曲线上节点作对应圆弧方向线，以保证节点按照方向线方向向下投影；对轮胎子午面进行分层，每层辅助线同样由多段圆弧构成，且保证圆弧辅助线通过花纹沟槽上的特殊点；所述特殊点是指投影线与沟槽轮廓线的交点；

（3）单元、节点信息提取：

在AutoCAD中将划分好网格的花纹展开图和花纹子午面图分别保存为图形交换文件格式“*.dxf”，并导入HyperMesh中进行信息提取；

首先创建一个包括胎面花纹展开图在内的面，并对创建的面用胎面花纹展开图中的网格线进行切割，将所建面切割成一个个独立的网格单元；再依据面单元所在位置对应的花纹沟槽不同类型与深度对切割后的面单元进行分组，定义成不同的组成成分，并对每一组分进行网格自动划分；最后导出包含所有单元、节点信息的INP文件；

通过MATLAB编制程序将INP文件中的各类数据分别保存到不同的Excel表格中，便于后期程序调用；

（4）节点三维坐标求取：

通过MATLAB编制程序，首先把花纹展开图网格模型映射成实际曲面网格模型，然后将实际曲面网格模型中的节点沿投影线对每一层辅助曲面进行投影，投影生成的坐标即是所求节点的坐标；

（5）有限元建模：

在获取所有节点后，先对节点进行编号，然后将节点按照右手法则连接成不同类型的网格单元，并将单元、节点信息写入INP文件，导入HyperMesh后生成单一节距轮胎花纹的右半部分模型；

按相同步骤生成轮胎花纹左半部分模型，并以共节点的方法将轮胎花纹右半部分模型与轮胎花纹左半部分模型合并为单一节距轮胎花纹，再将其旋转相应角度可得完整轮胎花纹模型。

2.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，步骤（2）中，对胎面花纹展开图划分网格时，采用四边形网格单元，特殊结构采用三角形网格单元，底部带斜坡的花纹沟处网格单元各内角最大程度趋于90°；所述特殊结构包括底部带斜坡的花纹沟处。

3.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，步骤（2）中，对轮胎花纹子午面图划分网格时，辅助线层数选择3~6层，每层辅助线均由若干曲线段组成。

4.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，步骤（3）中，切割的最小单位尺寸大于网格单元最大尺寸。

5.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，步骤（3）中，将切割后的面单元归纳为6种组分类型，分别为T类、gT类、Tu类、gTu类、ti类和gou类。

6.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，步骤（3）中，通过MATLAB编制程序分类处理INP文件中信息时，采用匹配关键字的方式。

7.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，步骤（4）中，节点投影线包括两类：第一类是过花纹子午面图外轮廓曲线上各节点的圆弧方向线，第二类是沟槽轮廓线。