[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

说明书

本发明涉及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，该建模方法基于有限元单元节点构建胎面花纹有限元三维网格模型，通过MATLAB编程与AutoCAD二次开发技术并结合HyperMesh软件操作，实现了由胎面花纹二维结构设计图直接生成轮胎有限元三维网格模型，省去了构建胎面花纹三维几何造型的繁琐步骤，大幅提高了建模效率，同时保证了有限元网格单元的高质量特性。本发明由胎面花纹二维结构设计图通过建模程序自动生成轮胎花纹有限元三维网格模型，建模效率比传统方法提高了一倍以上，建模过程科学高效，具有很大的应用价值，并且为子午线轮胎复杂胎面花纹有限元自动建模技术的探索提供了新的思路。

技术领域

本发明涉及一种子午线轮胎胎面花纹有限元自动建模方法，具体涉及一种基于有限元单元节点的子午线轮胎胎面花纹有限元三维网格模型自动建模方法，属于轮胎花纹有限元自动建模技术领域。

背景技术

随着汽车和轮胎产业的快速发展，子午线轮胎由于其优良的使用性能，已经成为轮胎市场的主导产品。但是子午线轮胎胎面花纹几何结构复杂，网格单元质量要求高，有限元建模过程难度较大，目前主要由人工手动完成，耗费大量时间和精力。

子午线轮胎胎面花纹有限元建模的重点和难点是三维几何造型构建和有限元网格划分。一方面，轮胎花纹设计图通常为二维展开(沿轮胎周向、轴向展开)图，而实际胎面花纹部分具有双曲率特性，且花纹几何结构复杂多样，故由二维结构设计图构建三维几何造型较为困难；另一方面，对于复杂的胎面花纹，现有网格自动划分算法无法生成完全的六面体网格单元，在复杂的边界接触条件下往往不能满足求解精度甚至产生网格畸变导致无法求解。

中国专利文献CN107657130A公开了一种面向轮胎花纹结构设计参数的逆向建模方法，包括获取轮胎点云数据属性，并分析数据属性，建立模型重构体系；以优化分割获取的胎面点云为对象，将栅格作为基本单元进行3D胎面点云到点云映射阵的转化；根据点云映射阵，对轮胎胎面的点云进行分割提取；提取花纹边界特征信息，构建花纹轮廓曲线；将花纹轮廓曲线通过调整允许逼近误差以及加工特征的长短与段数，实现花纹重构优化。

然而对于子午线轮胎胎面花纹部分有限元建模，传统方法是先通过花纹二维结构设计图在CAD软件中建立三维几何造型，再将其导入有限元前处理软件进行手动网格划分，这种建模方法效率极为低下。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于有限元单元节点的子午线轮胎胎面花纹有限元三维网格模型自动建模方法。所述建模方法基于有限元单元节点构建胎面花纹有限元模型，通过MATLAB编程及AutoCAD二次开发技术，并结合HyperMesh软件的操作，实现了由花纹二维结构设计图直接生成有限元三维网格模型，省去了构建胎面花纹三维几何造型的繁琐步骤，大幅提高了建模效率，同时保证了有限元网格单元的高质量特性。

本发明的技术方案如下：

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，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；

(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；