一种轮胎二维几何模型快速修补方法、应用和计算机程序产品与流程

1.本发明涉及轮胎设计技术领域，尤其涉及一种用于封闭部件识别的轮胎二维几何模型快速修补方法、应用和计算机程序产品。


背景技术：

2.数值模拟是轮胎研发过程中的不可或缺的工具与技术，通过模拟可以实现轮胎变形、受力、接地状态、滚动阻力等几乎所有性能的预测，对轮胎性能的评判和分析具有极大的指导作用。通用数值模拟技术的基础是几何模型的网格划分，对于具有多块不规则几何形状的轮胎模型而言，第一步则为封闭区域识别。然而，目前几乎所有的轮胎材料分布图均基于cad(autocad或zwcad)绘制，当以dxf或dwg格式文件导入到网格划分软件中时，由于人工绘制时的小误差(肉眼难以识别)导致线或点之间并未实际相交，这将使得两个或多个部件被计算机识别为一个部件，严重影响后续的网格划分和单元集合的识别，此时再进行几何修补将十分费时费力。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即目前基本所有的轮胎材料分布图均基于cad(autocad或zwcad)绘制，当以dxf或dwg格式文件导入到网格划分软件中时，由于人工绘制时的小误差(肉眼难以识别)导致线或点之间并未实际相交，这将使得两个或多个部件被计算机识别为一个部件，严重影响后续的网格划分和单元集合的识别，此时再进行几何修补将十分费时费力。
4.本发明的目的是提供一种用于封闭部件识别的轮胎二维几何模型快速修补方法，通过python语言处理轮胎几何模型数据，对几何模型进行修补并写出修补后的几何文件，为轮胎数值模拟提供技术支撑。
5.为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
6.一种用于封闭部件识别的轮胎二维几何模型快速修补方法，该方法包括以下的步骤：
7.第一步，将轮胎材料分布导出为dxf格式文件
8.在cad软件(autocad、中望cad或其他能导出dxf格式的cad软件)中绘制轮胎材料分布图，材料分布图中只包含线段、多段线和圆弧线型；
9.第二步，利用python语言编制程序读取第一步中生成的dxf文件
10.利用python程序中的ezdxf库读取第一步生成的dxf文件中的线段、多段线和圆弧，将圆弧离散为长度为0.1mm的圆弧多段线，并将所有直线段存储于集合lines中，端点坐标存储于集合points中；
11.第三步，识别孤立端点
12.统计第二步中建立的points集合中相同坐标值的点的数量ni，其中n为数量，i为
不同坐标点的编号，如果ni等于1则为孤立端点，如果ni大于1则不为孤立端点，将获得的孤立端点存储于singlepoints集合中，将其他端点存储于multipoints集合中；
13.第四步，修补孤立端点
14.遍历第三步中获得的singlepoints集合中的点spi，找到spi与第三步中获得的lines集合中的距离最小的线段，并且此线中不包括spi点，记为sli，将spi点投影于sli，记投影点为tspi并获得其坐标，新建线段nli，其由端点spi和投影点tspi组成，将新建线段nsli添加至lines集合中，并更新lines集合，直至遍历完singlepoints集合；
15.第五步，修补非孤立点
16.由于非孤立点也可能需要修补，例如原本应当重合的两个非孤立点，由于绘制误差导致没有重合，两个非孤立点之间存在极小的距离，或者非孤立点本应与某一条线相交，但由于绘制误差导致非孤立点与线之间存在极小距离，因此需要修补非孤立点。遍历第三步中获得的multipoints集合中的点mpi，找到mpi与第四步中更新的lines集合中的距离最小的线段，记作mli，并且此线中不包括mpi点，最小距离记为di，设置最小距离阈值为d
min
，一般d
min
取值为0.01mm～0.5mm，如果最小距离di大于d
min
，则不做任何处理，如果di小于d
min
，将mpi点投影于mli，记投影点为tmpi并获得其坐标，新建线段nmli，其由端点mpi和投影点tmpi组成，将新建线段nmli添加至更新的lines集合中，并更新lines集合，直至遍历完multipoints集合，至此，轮胎几何模型中的所有点修补完毕；
17.第六步：将遍历第五步中更新的lines集合，利用python语言汇总ezdxf库将每条线写入新的dxf文件。
18.根据以上方法可实现轮胎二维几何模型的快速修补，效率较手动修补至少可提高50倍。
19.进一步，本发明还公开了所述的方法在轮胎仿真建模中的应用。
20.进一步，本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现所述方法。
21.进一步，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。
22.进一步，本发明还公开了一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。
23.本发明由于采用了上述的技术方案，通过python语言处理轮胎几何模型数据，对几何模型进行修补并写出修补后的几何文件，为轮胎数值模拟提供技术支撑。
附图说明
24.图1为本专利技术路线图；
25.图2为21550r15轮胎材料分布图；
26.图3为圆弧离散为线段示意图；
27.图4为线的端点示意图；
28.图5为孤立点与非孤立点示意图；
29.图6为点到线的投影示意图；
30.图7为具有微小距离的两个非孤立点示意图；
31.图8为具有微小距离的非孤立点和线的示意图；
32.图9为dxf文件示意图；
33.图10为未进行几何修补的轮胎几何模型封闭区域识别效果；
34.图11为几何修补后的轮胎几何模型封闭区域识别效果。
具体实施方式
[0035][0036]
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。
[0037]
以21550r15轮胎为例：
[0038]
第一步，在autocad软件中绘制轮胎材料分布图，如图2所示，材料分布图中只包含线段、多段线和圆弧线型，本例中包含584条线，将轮胎材料分布导出为dxf格式文件。
[0039]
第二步，利用python语言编制程序读取第一步中生成的dxf文件。利用python程序中的ezdxf库读取第一步生成的dxf文件中的线段、多段线和圆弧，将圆弧离散为长度为0.1mm的圆弧多段线(如图3所示)，并将所有线段存储于集合lines中，部分数据如表1所示。将第一步生成的dxf文件中的线段、多段线和圆弧的端点(如图4所示)坐标存储于集合points中，如表2所示。
[0040]
表1为21550r15轮胎几何模型中读取的lines集合中的部分数据
[0041]
[0042][0043]
表2为21550r15轮胎几何模型中读取的pines集合中的部分数据
[0044][0045][0046]
第三步，识别孤立端点。统计第二步中建立的points集合中相同坐标值的点的数量ni，其中n为数量，i为不同端点的编号，如果ni等于1则为孤立端点(如图5所示)，如果ni大于1则不为孤立端点，例如坐标为(-52.60358263793442,282.164432848839)的点n值为3，则其为非孤立点，坐标为(-68.0145，279.9703)的点的n值为1，其为孤立点，将获得的孤立
端点存储于singlepoints集合中(如表3)，将其他端点存储于multipoints集合中(如表4)。
[0047]
表3为21550r15轮胎几何模型中读取的singlepines集合中的部分数据
[0048][0049][0050]
表4为21550r15轮胎几何模型中读取的multipines集合中的部分数据
[0051][0052][0053]
第四步，修补孤立端点。遍历第三步中获得的singlepoints集合中的点spi，找到spi与第三步中获得的lines集合中的线段、多段线中距离最小的线，并且此线中不包括spi点，记为sli，将spi点投影于sli，记投影点为tspi并获得其坐标，新建线段nli，其由端点spi和投影点tspi组成，将新建线段nsli添加至lines集合中，并更新lines集合，直至遍历完
singlepoints集合。
[0054]
例如，点sp1(-68.3803464832281，176.6564495013454)存在于singlepoints集合中，距离点sp1(-68.3803464832281,176.6564495013454)的在lines集合中的最近的线sl1为多段线[(-68.3803464832281,176.6564495013447),(-67.07856531212668,176.4269103578999),(-67,176.4130571736241),
[0055]
(-65.30083876940621,175.7946130624693),(-64.25146913627829,175.4126737512683),(-63.17662608989675,175.0214628758778),(-61,174.2292357680289)]，sp1到sl1的最近距离点为投影点，如图6所示，投影点tsp1的坐标为(-68.3803464832281,176.6564495013447)，新建线段nl1由sp1和tsp1组成，其坐标为[(-68.3803464832281,176.6564495013447),(-68.3803464832281,176.6564495013454)]，将新建线段nl1加入到lines中，并更新lines集合。
[0056]
第五步，修补非孤立点。由于非孤立点也可能需要修补，例如原本应当重合的两个非孤立点，由于绘制误差导致没有重合，两个非孤立点之间存在极小的距离(如图7所示)，或者非孤立点本应与某一条线相交，但由于绘制误差导致非孤立点与线之间存在极小距离(如图8所示)，因此需要修补非孤立点。遍历第三步中获得的multipoints集合中的点mpi，找到mpi与第四步中更新的lines集合中的线段、多段线中距离最小的线，记作mli，并且此线中不包括mpi点，最小距离记为di，设置最小距离阈值为d
min
，一般d
min
取值为0.01mm～0.5mm，如果最小距离di大于d
min
，则不做任何处理，如果di小于d
min
，将mpi点投影于mli，记投影点为tmpi并获得其坐标，新建线段nmli，其由端点mpi和投影点tmpi组成，将新建线段nmli添加至更新的lines集合中，并更新lines集合，直至遍历完multipoints集合。
[0057]
以非孤立点mp1为例，其坐标(-64.66335441118818,284.42161820426935)，遍历寻找第四步中的lines集合中距离最近的线为多段线ml1，其坐标为[(-66.3347003873774，282.9136170294843),(-65.90900308227322,283.0951673997777),(-65.51902520812274,283.34435807014825),(-65.17542045967075,283.65438147147125),(-64.88757567741644,284.01676816252876),(-64.66335441118473,284.4216182042678),(-64.66335441118419 284.421618204269)]，与图6类似，获得投影点坐标tmp1(-64.66335441118818 284.42161820426935),tmp1与mp1间的距离d1为3.76542065207086e-12mm，设置的d
min
为0.1mm，d1小于d
min
，所以产生新建线段nml1，其坐标为[(-64.66335441118488,284.42161820426753),(-64.66335441118818,284.42161820426935)]，将nml1加入到lines中，并更新lines集合，直至遍历完multipoints集合，则轮胎几何模型中的所有点修补完毕。
[0058]
第六步：将遍历第五步中更新的lines集合，利用python语言汇总ezdxf库将每条线写入新的dxf文件，如图9所示。
[0059]
修补前的几何图形封闭区域如图10所示，在图形顶部和底部分别由两个区域没有识别正确，修补后的几何图形封闭区域识别如图11所示，所有部件均以独立封闭区域识别正确。本发明所述步骤中需要花费时间约0.2秒，而手动处理时需挨个寻找间断点，需花费时间至少约60余秒，效率提升约300倍，证明了本发明专利的有效性。
[0060]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

技术特征：
1.一种用于封闭部件识别的轮胎二维几何模型快速修补方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：第一步，将轮胎材料分布导出为dxf格式文件在cad软件中绘制轮胎材料分布图，材料分布图中只包含线段、多段线和圆弧线型；第二步，利用python语言编制程序读取第一步中生成的dxf文件利用python程序中的ezdxf库读取第一步生成的dxf文件中的线段、多段线和圆弧，将圆弧离散为长度为0.1mm的圆弧多段线，并将所有直线段存储于集合lines中，端点坐标存储于集合points中；第三步，识别孤立端点统计第二步中建立的points集合中相同坐标值的点的数量n
i
，其中n为数量，i为不同坐标点的编号，如果n
i
等于1则为孤立端点，如果n
i
大于1则不为孤立端点，将获得的孤立端点存储于singlepoints集合中，将其他端点存储于multipoints集合中；第四步，修补孤立端点遍历第三步中获得的singlepoints集合中的点sp
i
，找到sp
i
与第三步中获得的lines集合中的距离最小的线段，并且此线中不包括sp
i
点，记为sl
i
，将sp
i
点投影于sl
i
，记投影点为tsp
i
并获得其坐标，新建线段nl
i
，其由端点sp
i
和投影点tsp
i
组成，将新建线段nsl
i
添加至lines集合中，并更新lines集合，直至遍历完singlepoints集合；第五步，修补非孤立点遍历第三步中获得的multipoints集合中的点mp
i
，找到mp
i
与第四步中更新的lines集合中的距离最小的线段，记作ml
i
，并且此线中不包括mp
i
点，最小距离记为d
i
，设置最小距离阈值为d
min
，一般d
min
取值为0.01mm~0.5mm，如果最小距离d
i
大于d
min
，则不做任何处理，如果d
i
小于d
min
，将mp
i
点投影于ml
i
，记投影点为tmp
i
并获得其坐标，新建线段nml
i
，其由端点mp
i
和投影点tmp
i
组成，将新建线段nml
i
添加至更新的lines集合中，并更新lines集合，直至遍历完multipoints集合，至此，轮胎几何模型中的所有点修补完毕；第六步：将遍历第五步中更新的lines集合，利用python语言汇总ezdxf库将每条线写入新的dxf文件。2.根据权利要求1所述的一种快速生成轮胎二维几何模型网格的方法，其特征在于，步骤一中cad软件为autocad、中望cad或其他能导出dxf格式的cad软件。3.根据权利要求1或2所述的方法在轮胎仿真建模中的应用。4.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1或2所述方法。5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，其特征在于，该计算机程序或指令被处理器执行时实现权利要求1或2所述方法。6.一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，其特征在于，该计算机程序或指令被处理器执行时实现权利要求1或2所述方法。

技术总结
本发明涉及轮胎设计技术领域，尤其涉及一种用于封闭部件识别的轮胎二维几何模型快速修补方法、应用和计算机程序产品。一种用于封闭部件识别的轮胎二维几何模型快速修补方法，该方法包括以下的步骤：第一步，将轮胎材料分布导出为dxf格式文件；第二步，利用Python语言编制程序读取第一步中生成的dxf文件；第三步，识别孤立端点；第四步，修补孤立端点；第五步，修补非孤立点；第六步：将遍历第五步中更新的Lines集合，利用python语言汇总ezdxf库将每条线写入新的dxf文件。本发明通过Python语言处理轮胎几何模型数据，对几何模型进行修补并写出修补后的几何文件，为轮胎数值模拟提供技术支撑。支撑。支撑。


技术研发人员：崔志博 刘芳 谷倩倩 胡德斌 郭磊磊 王剑波 王丹灵 范凯歌 黄明新
受保护的技术使用者：杭州海潮橡胶有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/21