一种快速生成轮胎二维几何模型网格的方法、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，尤其涉及一种快速生成轮胎二维几何模型网格的方法、应用和计算机程序产品。


背景技术：

2.轮胎数值模拟是轮胎研发技术的重点和热点，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。数值模拟技术的基础是几何模型的网格划分，由于轮胎具有多块复杂几何形状的特征，导致其网格划分很难完全自动化。
3.中国发明专利申请（公开号：cn103246792a，公开日：2013-08-14）公布了一种轮胎有限元二维网络划分的前处理方法，通过添加辅助线手动划分网格，这样可实现网格的自主控制，可生成尽量多的四边形网格，但需要手动拾取每个轮廓线与辅助线的交点并指定内轮廓线，并且生成的网格需要手动调整，十分繁琐，预计花费1个小时，浪费时间。
4.中国发明专利申请（公开号：cn108287975a，公开日： 2018-07-17）介绍了一种轮胎有限元二维网格的快速实现方法，需要生成内外轮廓交换文件、胎体增强材料交换文件和其他绘图交换文件，并且需要依赖于ug第三方软件才能生成网格，比较繁琐。
5.中国发明专利申请（公开号：cn114782585a，公开日：2022-07-22）专利公布了一种基于轮胎结构特征的直接有限元网格生成方法，通过直接离散部件面域生成网格，但轮胎几何结构复杂，部件形状十分不规则，很难生成高质量四边形为主的网格，而全部生成三角形网格则计算精度会极大损失，并且部分区域无法自动生成网格的概率极大。


技术实现要素：

6.为了解决上述的技术问题，即轮胎具有多块复杂几何形状的特征，导致其网格划分很难完全自动化，目前已报道技术存在速度慢、部分区域无法自动生成网格、步骤繁琐或依赖第三方软件的缺点。本发明的目的是提供一种快速生成轮胎二维几何模型网格的方法，对轮胎二维几何模型添加网格辅助线，然后利用程序直接准确提取网格数据，不仅速度快，同时也摆脱了对第三方软件的依赖，极大地提高了轮胎几何模型的划分网格效率，为轮胎数值模拟提供技术支撑。
7.为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：一种快速生成轮胎二维几何模型网格的方法，该方法包括以下的步骤：第一步，绘制辅助线在已有轮胎二维几何模型中添加辅助线，辅助线均为线段或多段线，辅助线需通过轮胎几何模型中部件的所有交点，辅助线与原材料分布图中线形成三角形或四边形单元，辅助线单独存储于一个图层，图层名称为wg，此图层中只包含辅助线；第二步，导出文件
将轮胎二维模型与辅助线一并导出为dxf格式文件，将其命名为mesh.dxf；第三步，读取第二步中生成的mesh.dxf文件利用python程序中的ezdxf库读取mesh.dxf文件，读取wg图层中的线存储于guidelines集合，读取其他图层中的线存储于tirelines集合；第四步，对第二步中的tirelines中的线进行几何修补tirelines集合中距离小于d
min
的点或线进行合并，d
min
的取值为0.1mm~0.5mm，几何修补后更新tirelines集合；第五步，生成部件封闭区域利用python程序处理tirelines中的线数据，提取最小封闭区域，每个封闭区域即为一个轮胎部件，并将封闭区域以按顺序排列的点的坐标形式存储于集合closedareas中；第六步，生成单元封闭区域新建单元字典elementdict，用于存储单元封闭区域集合信息；利用python程序，遍历closedareas集合中的每个部件封闭区域cj，建立集合element，计算cj与guidelines集合中全部线相交所形成的所有最小封闭单元ei，其面积为aei，计算ei与cj的重合面积ceai，定义重合度系数ci=ceai/aei；每个封闭区域所识别的单元集合作为值，以封闭区域的编号为键，添加入字典elementdict中；第七步，识别精确单元信息剔除识别的封闭单元中存在多余的点，即点不位于辅助线上，此类点即为无效点；识别精确单元信息之后，更新element集合，更新elementdict。
8.作为优选，步骤三中线段以起点坐标和终点坐标存储，多段线以按顺序排列的点的坐标存储，圆弧离散为最大长度为0.1mm的多段线，以多段线形式存储。
9.作为优选，步骤六中如果ci大于0.6则认为最小封闭单元ei位于封闭区域cj内，将ei以点的顺序排列的点的坐标形式添加进element集合，如果ci小于等于0.6则认为最小封闭单元ei位于封闭区域cj内，不将其添加进element集合。
10.作为优选，步骤七利用python程序，遍历第六步生成的elementdict中每个element集合中的每个单元封闭区域，提取每个单元封闭区域中的坐标点pk，找到pk至guidelines集合中全部线的最小距离，记为lk，如果lk》0.01则认为该点未位于辅助线之上，从element集合中该单元封闭区域的几何点中删除该点的坐标，其他点的顺序保持不变，如果lk《=0.01，则在element集合中该单元封闭区域的几何点中保留该点的坐标。
11.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。
12.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。
13.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。
14.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。
15.本发明由于采用了上述的技术方案，对轮胎二维几何模型添加网格辅助线，然后利用程序直接准确提取网格数据，不仅速度快（预计5分钟），同时也摆脱了对第三方软件的依赖，极大地提高了轮胎几何模型的划分网格效率，为轮胎数值模拟提供技术支撑。
附图说明
16.图1为本技术的技术路线图；图2为21550r15轮胎材料分布图；图3添加完辅助线所形成的单元图；图4为wg图层中包含的辅助线；图5为guidelines集合部分数据；图6为tirelines集合部分数据；图7为线段和多段线数据结构；图8为圆弧离散为线段示意图；图9为具有微小距离的点点与点线；图10为轮胎几何模型部件封闭区域；图11为closedareas集合部分数据；图12为elementdict部分数据；图13为生成的单元封闭区域图；图14为单元封闭区域中的有效点与无效点示意图；图15为剔除无效点的单元封闭区域数据；图16为精确生成的网格图。
具体实施方式
17.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。
18.以21550r15轮胎为例：第一步，绘制辅助线。在已有轮胎二维几何模型（如图2）中添加辅助线，辅助线均为线段或多段线，辅助线需通过轮胎几何模型中部件的所有交点，辅助线与原材料分布图中线形成三角形或四边形单元（如图3），辅助线单独存储于一个图层，图层名称为wg，此图层中只包含辅助线（如图4）；第二步，导出文件。将轮胎二维模型与辅助线一并导出为dxf格式文件，将其命名为mesh.dxf；第三步，读取第二步中生成的mesh.dxf文件。利用python程序中的ezdxf库读取mesh.dxf文件，读取wg图层中的线存储于guidelines集合（如图5），读取其他图层中的线存储于tirelines集合（如图6），其中线段以起点坐标和终点坐标存储，多段线以按顺序排列的点的坐标存储（如图7），圆弧离散为最大长度为0.1mm的多段线（如图8），以多段线形式存储；第四步，对第二步中的tirelines中的线进行几何修补。由于绘制误差或圆弧离散误差导致原本应相交的线或点之间存在极小的距离（如图9），因此需要tirelines集合中距离小于d
min
的点或线进行合并，d
min
的取值为0.1mm~0.5mm，几何修补后更新tirelines集合；第五步，生成部件封闭区域。利用python程序处理tirelines中的线数据，提取最小封闭区域，每个封闭区域即为一个轮胎部件（如图10），并将封闭区域以按顺序排列的点的坐标形式存储于集合closedareas中，如图11。
19.第六步，生成单元封闭区域。新建单元字典elementdict，用于存储单元封闭区域集合信息。利用python程序，遍历closedareas集合中的每个部件封闭区域cj，建立集合element，计算cj与guidelines集合中全部线相交所形成的所有最小封闭单元ei，其面积为aei，计算ei与cj的重合面积ceai，定义重合度系数ci=ceai/aei，如果ci大于0.6则认为最小封闭单元ei位于封闭区域cj内，将ei以点的顺序排列的点的坐标形式添加进element集合，如果ci小于等于0.6则认为最小封闭单元ei位于封闭区域cj内，不将其添加进element集合。每个封闭区域所识别的单元集合作为值，以封闭区域的编号为键，添加入字典elementdict中，如图12所示，生成的单元如图13所示。
20.第七步，识别精确单元信息。由于识别的封闭单元中可能存在多余的点，即点不位于辅助线上，此类点即为无效点，需要剔除，如图14。利用python程序，遍历第六步生成的elementdict中每个element集合中的每个单元封闭区域，提取每个单元封闭区域中的坐标点pk，找到pk至guidelines集合中全部线的最小距离，记为lk，如果lk》0.01则认为该点未位于辅助线之上，从element集合中该单元封闭区域的几何点中删除该点的坐标，其他点的顺序保持不变（如图15），如果lk《=0.01，则在element集合中该单元封闭区域的几何点中保留该点的坐标。识别精确单元信息之后，更新element集合，更新elementdict。
21.至此，已精确生成网格图，并已根据部件对单元进行分组，如图16，方便后续赋予材料属性等进一步操作。
22.本发明所述步骤中需要花费时间约5分钟，而根据其他专利报道预计时间约60分钟，本专利所述方法效率提升约12倍，证明了本发明专利的有效性。
23.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：
1.一种快速生成轮胎二维几何模型网格的方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：第一步，绘制辅助线在已有轮胎二维几何模型中添加辅助线，辅助线均为线段或多段线，辅助线需通过轮胎几何模型中部件的所有交点，辅助线与原材料分布图中线形成三角形或四边形单元，辅助线单独存储于一个图层，图层名称为wg，此图层中只包含辅助线；第二步，导出文件将轮胎二维模型与辅助线一并导出为dxf格式文件，将其命名为mesh.dxf；第三步，读取第二步中生成的mesh.dxf文件利用python程序中的ezdxf库读取mesh.dxf文件，读取wg图层中的线存储于guidelines集合，读取其他图层中的线存储于tirelines集合；第四步，对第二步中的tirelines中的线进行几何修补tirelines集合中距离小于d
min
的点或线进行合并，d
min
的取值为0.1mm~0.5mm，几何修补后更新tirelines集合；第五步，生成部件封闭区域利用python程序处理tirelines中的线数据，提取最小封闭区域，每个封闭区域即为一个轮胎部件，并将封闭区域以按顺序排列的点的坐标形式存储于集合closedareas中；第六步，生成单元封闭区域新建单元字典elementdict，用于存储单元封闭区域集合信息；利用python程序，遍历closedareas集合中的每个部件封闭区域c
j
，建立集合element，计算c
j
与guidelines集合中全部线相交所形成的所有最小封闭单元e
i
，其面积为ae
i
，计算e
i
与c
j
的重合面积cea
i
，定义重合度系数c
i
=cea
i
/ae
i
；每个封闭区域所识别的单元集合作为值，以封闭区域的编号为键，添加入字典elementdict中；第七步，识别精确单元信息剔除识别的封闭单元中存在多余的点，即点不位于辅助线上，此类点即为无效点；识别精确单元信息之后，更新element集合，更新elementdict。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，步骤三中线段以起点坐标和终点坐标存储，多段线以按顺序排列的点的坐标存储，圆弧离散为最大长度为0.1mm的多段线，以多段线形式存储。3.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，步骤六中如果c
i
大于0.6则认为最小封闭单元e
i
位于封闭区域c
j
内，将ei以点的顺序排列的点的坐标形式添加进element集合，如果c
i
小于等于0.6则认为最小封闭单元e
i
位于封闭区域c
j
内，不将其添加进element集合。4.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，步骤七利用python程序，遍历第六步生成的elementdict中每个element集合中的每个单元封闭区域，提取每个单元封闭区域中的坐标点p
k
，找到p
k
至guidelines集合中全部线的最小距离，记为l
k
，如果l
k
>0.01则认为该点未位于辅助线之上，从element集合中该单元封闭区域的几何点中删除该点的坐标，其他点的顺序保持不变，如果l
k
<=0.01，则在element集合中该单元封闭区域的几何点中保留该点的坐标。5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的方法在轮胎仿真建模中的应用。
6.一种计算机设备，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1-4任意一项权利要求所述方法。7.一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1-4任意一项权利要求所述方法。8.一种计算机程序产品，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1-4任意一项权利要求所述方法。

技术总结
本发明涉及轮胎设计技术领域，尤其涉及一种快速生成轮胎二维几何模型网格的方法、应用和计算机程序产品。一种快速生成轮胎二维几何模型网格的方法，该方法包括以下的步骤：第一步，绘制辅助线；第二步，导出文件；第三步，读取第二步中生成的mesh.dxf文件；第四步，对第二步中的TireLines中的线进行几何修补；第五步，生成部件封闭区域；第六步，生成单元封闭区域；第七步，识别精确单元信息。本发明对轮胎二维几何模型添加网格辅助线，然后利用程序直接准确提取网格数据，不仅速度快（预计5分钟），同时也摆脱了对第三方软件的依赖，极大地提高了轮胎几何模型的划分网格效率，为轮胎数值模拟提供技术支撑。供技术支撑。供技术支撑。


技术研发人员：崔志博 谷倩倩 程钢 刘芳 胡德斌 郭磊磊 王剑波 黄明新 王丹灵
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