專利名稱：輪胎截面的成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于預(yù)測輪胎的性能的輪胎截面的成形方法，更詳細(xì)地說，涉及可以通過使輪胎截面的成形方法自動化，對由設(shè)計(jì)變量的各種變更所形成的結(jié)果進(jìn)行比較、分析，來縮短求出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案的時(shí)間的用于預(yù)測輪胎的性能的輪胎截面的成形方法。
背景技術(shù)：
為了滿足輪胎的轉(zhuǎn)彎、摩損、耐久等的各種各樣的性能，CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；Computer Aided Design)及CAE(計(jì)算機(jī)輔助工程；Computer Aided Engineering)在設(shè)計(jì)階段擔(dān)當(dāng)著重要的作用。CAD提供制造前的設(shè)計(jì)方案，CAE對設(shè)計(jì)方案的結(jié)果進(jìn)行預(yù)測、判斷并提示合適的設(shè)計(jì)方案。圖I是表示現(xiàn)有的輪胎設(shè)計(jì)方法的流程的圖。如圖I所示，現(xiàn)有的輪胎設(shè)計(jì)由以下階段構(gòu)成，即在采用CAD系統(tǒng)生成輪胎截面形狀后，為了判斷輪胎截面形狀是否適于目標(biāo)性能，采用有限元分析法(FEM)生成網(wǎng)格(mesh)并在分析后判斷結(jié)果。在分析結(jié)果與目標(biāo)性能不匹配的情況下，反復(fù)進(jìn)行改變截面形狀并生成、分析網(wǎng)格的生成以及判斷結(jié)果的過程。這種方法存在設(shè)計(jì)時(shí)間和費(fèi)用取決于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)訣竅的問題。另外，存在難以判斷設(shè)計(jì)者所導(dǎo)出的設(shè)計(jì)方案是否最適于目標(biāo)性能的問題。為了改善這些問題，提出了將有限元分析法和優(yōu)化(Optimization)技術(shù)結(jié)合來導(dǎo)出截面形狀的方法(韓國公開專利公報(bào)第二 009-0067709號及日本公開專利公報(bào)2009-269557號)。但是，為了有效地運(yùn)用所述專利技術(shù)，需要用于獲得使截面形狀自動化的技術(shù)和合適的設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種輪胎截面的成形方法，通過提供自動設(shè)計(jì)輪胎截面的形狀并執(zhí)行自動網(wǎng)格的過程以及提供用于獲得與目標(biāo)性能匹配的截面形狀的優(yōu)化過程，從而可以縮短設(shè)計(jì)時(shí)間、節(jié)省費(fèi)用。另外，本發(fā)明的目的是提供一種輪胎截面的成形方法，通過使輪胎截面的成形方法自動化，即使設(shè)計(jì)者變更也可以導(dǎo)出相同的結(jié)果，據(jù)此，容易地對由設(shè)計(jì)變量的各種變更而形成的結(jié)果進(jìn)行比較、分析。本發(fā)明的輪胎截面的成形方法的特征在于包括設(shè)定輪胎的目標(biāo)性能的步驟(S100);通過將確定輪胎的接地壓力的變量設(shè)定為設(shè)計(jì)變量并使用截面形狀的優(yōu)化過程，來獲得優(yōu)化了輪胎的接地壓力的輪胎的截面的第一優(yōu)化步驟(S200);以及通過將確定輪胎的剛性、張力和應(yīng)力的變量設(shè)定為設(shè)計(jì)變量并使用所述截面形狀的優(yōu)化過程，來獲得優(yōu)化了輪胎的剛性、張力和應(yīng)力的輪胎的截面的第二優(yōu)化步驟(S300)，
所述截面形狀的優(yōu)化過程包括根據(jù)所述輪胎的目標(biāo)性能，輸入基本信息、設(shè)計(jì)變量和目的函數(shù)的第一步驟(Sio);根據(jù)在所述第一步驟中輸入的基本信息、設(shè)計(jì)變量和目的函數(shù)，利用截面形狀的自動設(shè)計(jì)過程生成輪胎截面的第一形狀的第二步驟(S30);根據(jù)所述第一形狀，利用截面形狀的自動網(wǎng)格過程生成輪胎截面的第二形狀的第三步驟(S50)；以及將對于所述第二形狀的有限元分析獲得的結(jié)果值與所述目標(biāo)性能進(jìn)行比較，在不滿足的情況下變更在所述第一步驟中輸入的設(shè)計(jì)變量，再次從所述第二步驟開始執(zhí)行，而在滿足的情況下獲得最優(yōu)的輪胎截面并結(jié)束的第四步驟(S70)。本發(fā)明的輪胎截面的成形方法的特征在于，所述截面形狀的自動設(shè)計(jì)過程包含基于所述基本信息形成胎面(tread)弧(are)的步驟(S31);通過考慮內(nèi)部構(gòu)件的規(guī)格而將所述胎面弧偏移，來形成第一帶束層弧的步驟(S32);通過考慮貼膠規(guī)格而將所述第一帶束層弧偏移，來形成第二帶束層弧的步驟(S33);通過考慮所述頂覆規(guī)格和所述第二帶束層弧而將所述第一帶束層弧偏移，來形成補(bǔ)強(qiáng)帶束層弧的步驟(S34);通過考慮所述第二帶束層弧的厚度、所 述補(bǔ)強(qiáng)帶束層弧的厚度及下胎面規(guī)格而將所述第一帶束層弧偏移，來形成花紋溝底弧的步驟(S35);通過考慮所述貼膠規(guī)格而將所述第一帶束層弧偏移，來形成帶束層部的C/C弧的步驟(S36);根據(jù)C/C平衡形狀理論形成側(cè)壁部的C/C弧的步驟(S37);以所述側(cè)壁部的C/C弧和鋼絲圈的內(nèi)側(cè)上端點(diǎn)形成切線的方式形成胎圈護(hù)膠內(nèi)側(cè)部的C/C弧的步驟(S38);考慮所述胎圈護(hù)膠的終端點(diǎn)和所述胎圈護(hù)膠的厚度，來形成胎圈護(hù)膠外側(cè)部的C/C弧的步驟(S39);以所述側(cè)壁部的C/C弧的切點(diǎn)為基準(zhǔn)，分上下部地形成側(cè)壁弧的步驟(S40);通過將所述帶束層部的C/C弧、所述側(cè)壁部的C/C弧及胎圈護(hù)膠內(nèi)側(cè)部的C/C弧偏移來形成內(nèi)襯層弧的步驟(S41);按照輪胎的規(guī)格，以直線構(gòu)成鋼絲圈的步驟(S42);以及在由所述步驟(S31 S42)形成的所述輪胎的截面為非對稱的情況下，在相反一側(cè)再次應(yīng)用從所述胎面弧形成步驟(S31)開始的步驟，而在對稱的情況下結(jié)束設(shè)計(jì)，導(dǎo)出所述輪胎截面的第一形狀的步驟(S43)。本發(fā)明的輪胎截面的成形方法的特征在于，所述截面形狀的自動網(wǎng)格過程包括在所述胎面弧上分配節(jié)點(diǎn)的步驟(S51);在基于所述胎面弧并通過偏移而形成的弧上分配與所述胎面弧的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)相同的節(jié)點(diǎn)的步驟(S52);在所述側(cè)壁部的C/C弧和所述側(cè)壁弧上分配節(jié)點(diǎn)的步驟(S53);在所述胎圈護(hù)膠的內(nèi)外側(cè)弧上，與所述胎圈護(hù)膠的長度相同地分配節(jié)點(diǎn)的步驟(S54);在所述內(nèi)襯層弧上分配與所述帶束層部的C/C弧、所述側(cè)壁部的C/C弧和所述胎圈護(hù)膠內(nèi)側(cè)部的C/C弧的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)相同的節(jié)點(diǎn)的步驟(S55);以及對于偏移關(guān)系成立的弧，選擇對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)在逆時(shí)針方向上生成四邊形元素的步驟(S56)，而對于偏移關(guān)系不成立的弧，利用非偏移元素形成算法來生成元素，來獲得所述輪胎截面的第二形狀的步驟(S57)。


圖I是現(xiàn)有的輪胎截面的設(shè)計(jì)方法的流程圖。圖2是本發(fā)明的輪胎截面的成形方法的流程圖。圖3是本發(fā)明的截面形狀的自動設(shè)計(jì)過程的流程圖。圖4是具體地說明本發(fā)明的截面形狀的自動設(shè)計(jì)過程中的弧連結(jié)方法的圖。圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的由截面形狀的自動設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)的輪胎截面的圖。圖6是具體地表示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的截面形狀的自動設(shè)計(jì)過程中胎圈護(hù)膠部的C/C弧設(shè)計(jì)階段的圖。
圖7是本發(fā)明的截面形狀的自動網(wǎng)格過程的流程圖和各階段中的網(wǎng)格形成過程的8a用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的截面形狀的自動網(wǎng)格過程中的元素生成的圖。圖Sb是表示通過本發(fā)明的截面形狀的自動網(wǎng)格過程生成元素的過程的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照示例附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。圖2是本發(fā)明的輪胎截面的成形方法的流程圖。如圖2所示，輪胎截面的成形方法大致分為設(shè)定輪胎的目標(biāo)性能的步驟(SlOO);將確定接地壓力的變量輸入作為設(shè)計(jì)變量，使用截面形狀的優(yōu)化過程，導(dǎo)出優(yōu)化了輪胎的接地壓力的輪胎的截面的第一優(yōu)化步驟(S200);通過將確定由第一優(yōu)化步驟(S200)導(dǎo)出的接地壓力的變量輸入作為固定值，輸入確定剛性、張力和應(yīng)力的變量作為設(shè)計(jì)變量，并再次使用截面形狀的優(yōu)化過程，來獲得優(yōu)化了輪胎的剛性、張力和應(yīng)力的輪胎的截面的第二優(yōu)化步驟(S300)。這里，在優(yōu)化了的輪胎截面的成形中使用的截面形狀的優(yōu)化過程由如下步驟構(gòu)成。首先，執(zhí)行第一步驟(SlO):在確定目標(biāo)性能后，按照用于控制接地壓力的輪胎的開發(fā)規(guī)格輸入基本信息、設(shè)計(jì)變量和目的函數(shù)。接著，執(zhí)行第二步驟(S30):基于在第一步驟(SlO)中輸入的基本信息、設(shè)計(jì)變量和目的函數(shù)并采用截面形狀的自動設(shè)計(jì)過程，來生成輪胎截面的第一形狀。接著，執(zhí)行第三步驟(S50):基于第一形狀，利用截面形狀的自動網(wǎng)格過程來生成輪胎截面的第二形狀。接著，執(zhí)行第四步驟(S70):對于第二形狀，利用有限元分析來將成形的輪胎截面的性能與目標(biāo)性能進(jìn)行比較，判斷是否滿足，在不滿足的情況下變更設(shè)計(jì)變量，再次從第二步驟(S30)開始執(zhí)行，而再在滿足的情況下成形結(jié)束。具體地說，在第一優(yōu)化步驟(S200)中，按照確定的目標(biāo)性能，來執(zhí)行用于控制接地壓力的優(yōu)化。目標(biāo)性能包含輪胎的接地壓力、剛性、張力、以及應(yīng)力等，在第一優(yōu)化步驟(S200)中，目標(biāo)性能是接地壓力的最小化。在第一步驟(SlO)中，首先按照輪胎的開發(fā)規(guī)格，確定諸如整體直徑(0D :0verall Diameter)、斷面寬度(Sff =Section Width)、輪輞直徑(RD:Rim Diameter)、輪輞寬度(RW :Rim Width)和預(yù)定使用的內(nèi)部構(gòu)件的種類、鋼絲圈(Bead Ring或Bead Core)這樣的基本信息。另外，關(guān)于設(shè)計(jì)變量，輸入作為第一設(shè)計(jì)變量的胎面弧的半徑、胎面弧的寬度、確定帶束層弧的半徑的比例常數(shù)(a 1，a 2,…)、帶束層弧的寬度(￠1, ￠2,…)。作為目標(biāo)函數(shù)，輸入接地壓力和接地壓力的分布，而接地壓力如公式I那樣采用接地部的中心節(jié)點(diǎn)處的壓力分布(P(X))值或者最大接地壓力。公式IP(X) = [ (Pi Avg .Pf
Y
nA.Vg.P =
1.4這里,P(X)表示接地壓力分布,Pi表示i節(jié)點(diǎn)的接地壓力，Avg. P表示平均接地壓力，n表示接地中心部的節(jié)點(diǎn)數(shù)。接著，在第二步驟(S30)中，利用截面形狀的自動設(shè)計(jì)過程生成輪胎截面的第一形狀。在第三步驟(S50)中，將第一形狀輸入于截面形狀的自動網(wǎng)格過程，生成輪胎截面的第二形狀。在第四步驟(S70)中，通過對第二形狀的有限元分析，以接地壓力最小化為目標(biāo)，研究輪胎的性能，在判斷為接地壓力已最小化，變更作為確定接地壓力的變量的胎面弧的直徑、胎面弧的寬度、帶束層弧的半徑、帶束層弧的寬度，再次從所述第二步驟(S30)開始執(zhí)行。通過這樣的截面形狀的優(yōu)化過程，可導(dǎo)出優(yōu)化了接地壓力的輪胎的胎面弧的直徑、胎面弧的寬度、帶束層弧的半徑、帶束層弧的寬度，獲得優(yōu)化了接地壓力的輪胎的截面。這樣優(yōu)化了接地壓力的設(shè)計(jì)變量在后續(xù)的第二優(yōu)化過程(S300)中作為固定值使用。接著，執(zhí)行用于優(yōu)化輪胎的剛性、張力、以及應(yīng)力的第二優(yōu)化步驟(S300)。此時(shí)，將在第一優(yōu)化步驟(S200)中導(dǎo)出的胎面弧的直徑、胎面弧的寬度、帶束層弧的半徑、以及帶束層弧的寬度作為固定值輸入，將作為確定剛性、張力和應(yīng)力的變量的整體直徑、斷面寬度、約束點(diǎn)位置、胎圈護(hù)膠半徑作為可變更設(shè)計(jì)變量輸入。另外，目的函數(shù)也確定為適于剛性、張力和應(yīng)力計(jì)算的函數(shù)而輸入。第二優(yōu)化步驟(S300)也與第一優(yōu)化步驟(S200)在同一階段進(jìn)行。但是，由于要優(yōu)化的目標(biāo)性能不同，設(shè)計(jì)變量不同于第一優(yōu)化步驟(S200)，目的函數(shù)也要改變。第二優(yōu)化步驟(S300)要優(yōu)化的目標(biāo)性能是輪胎的剛性、張力、以及應(yīng)力。剛性是垂直方向、橫向及旋轉(zhuǎn)方向的剛性值，由設(shè)計(jì)者定義目標(biāo)值，根據(jù)在最后的第四步驟(S70)中是否與目標(biāo)值匹配而進(jìn)行優(yōu)化。另外，張力是指C/C張力，是從帶束層的終端起到鋼絲圈的內(nèi)側(cè)點(diǎn)為止的張力分散值和從鋼絲圈的外側(cè)點(diǎn)起到C/C終端為止的張力分散值，與剛性同樣地，根據(jù)是否與設(shè)計(jì)者設(shè)定的目標(biāo)值匹配而進(jìn)行優(yōu)化。最后，應(yīng)力以胎圈護(hù)膠的終端部元素的應(yīng)力值最小化為目標(biāo)。圖3是本發(fā)明的截面形狀的自動設(shè)計(jì)過程的流程的圖。如圖3所示，截面形狀的自動設(shè)計(jì)過程大致分為胎面弧形成步驟(S31);第一帶束層弧形成步驟(S32);第二帶束層弧形成步驟(S33);補(bǔ)強(qiáng)帶束層弧形成步驟(S34);花紋溝底弧形成步驟(S35);帶束層部C/C弧形成步驟(S36);側(cè)壁部的C/C弧形成步驟(S37);胎圈護(hù)膠內(nèi)側(cè)部的C/C弧形成步驟(S38);胎圈護(hù)膠外側(cè)部的C/C弧形成步驟(S39);側(cè)壁弧形成步驟(S40);內(nèi)襯層弧形成步驟(S41);鋼絲圈構(gòu)成步驟(S42);以及在由所述步驟(S31 S42)形成的輪胎的截面為非對稱的情況下在相反側(cè)再次應(yīng)用從所述胎面弧形成步驟(S31)開始的步驟，而在對稱的情況下結(jié)束設(shè)計(jì)的步驟(S43)。各步驟的具體說明如下。圖4是具體說明本發(fā)明的截面形狀的自動設(shè)計(jì)過程中的弧連結(jié)方法的圖。如圖4所示，截面形狀的自動設(shè)計(jì)過程采用弧連結(jié)方法。各個(gè)弧以相互連接的方式連結(jié)，據(jù)此，弧的半徑(R)和中心的座標(biāo)(O)、兩個(gè)終端的座標(biāo)(P)、中心的座標(biāo)與兩個(gè)終端形成的角度
(0)等的信息可以存儲在計(jì)算機(jī)中。求出各個(gè)座標(biāo)的公式如下。公式2Xi = cos 0 H (XH—aH) —sin 0 (Yh-Iv1)Yi = sin 0 (Xi-^aH) +cos 0 (Yh-Iv1)
權(quán)利要求
1.一種輪胎截面的成形方法，其特征在于包括設(shè)定輪胎的目標(biāo)性能的步驟(Sioo)；通過將確定輪胎的接地壓力的變量設(shè)定為設(shè)計(jì)變量并使用截面形狀的優(yōu)化過程，獲得優(yōu)化了輪胎的接地壓力的輪胎的截面的第一優(yōu)化步驟(S200);以及通過將確定輪胎的剛性、張力和應(yīng)力的變量設(shè)定為設(shè)計(jì)變量并使用所述截面形狀的優(yōu)化過程，獲得優(yōu)化了輪胎的剛性、張力和應(yīng)力的輪胎的截面的第二優(yōu)化步驟(S300)，其中，所述截面形狀的優(yōu)化過程包括根據(jù)所述輪胎的目標(biāo)性能，輸入基本信息、設(shè)計(jì)變量和目的函數(shù)的第一步驟(SlO)； 基于在所述第一步驟中輸入的基本信息、設(shè)計(jì)變量和目的函數(shù)，利用截面形狀的自動設(shè)計(jì)過程生成輪胎截面的第一形狀的第二步驟(S30)；基于所述第一形狀，利用截面形狀的自動網(wǎng)格過程生成輪胎截面的第二形狀的第三步驟(S50);以及將對于所述第二形狀的有限元分析獲得的結(jié)果值與所述目標(biāo)性能進(jìn)行比較，在不滿足的情況下變更所述第一步驟輸入的設(shè)計(jì)變量，再次從所述第二步驟開始執(zhí)行，而在滿足的情況下獲得最優(yōu)的輪胎截面并結(jié)束的第四步驟(S70)。
2.如權(quán)利要求I所述的輪胎截面的成形方法，其特征在于，所述截面形狀的自動設(shè)計(jì)過程包括基于所述基本信息形成胎面弧的步驟(S31)；通過考慮內(nèi)部構(gòu)件的規(guī)格并使所述胎面弧偏移，來形成第一帶束層弧的步驟(S32)； 通過考慮貼膠規(guī)格并使所述第一帶束層弧偏移，來形成第二帶束層弧的步驟(S33)；通過考慮所述貼膠規(guī)格和所述第二帶束層弧并使所述第一帶束層弧偏移，來形成補(bǔ)強(qiáng)帶束層弧的步驟(S34)；通過考慮所述第二帶束層弧的厚度、所述補(bǔ)強(qiáng)帶束層弧的厚度和下胎面規(guī)格并使所述第一帶束層弧偏移，來形成槽底弧的步驟(S35)；通過考慮所述貼膠規(guī)格并使所述第一帶束層弧偏移，來形成帶束層部的C/C弧的步驟 (S36)；利用C/C平衡形狀理論來形成側(cè)壁部的C/C弧的步驟(S37)；以所述側(cè)壁部的C/C弧和胎圈的內(nèi)側(cè)上端點(diǎn)形成切線的方式形成胎圈護(hù)膠內(nèi)側(cè)部的 C/C弧的步驟(S38)；考慮所述胎圈護(hù)膠的終端點(diǎn)和所述胎圈護(hù)膠的厚度，來形成胎圈護(hù)膠外側(cè)部的C/C弧的步驟(S39)；以所述側(cè)壁部的C/C弧的切點(diǎn)為基準(zhǔn)，分上下部地形成側(cè)壁弧的步驟(S40)；通過使所述帶束層部的C/C弧、所述側(cè)壁部的C/C弧和胎圈護(hù)膠內(nèi)側(cè)部的C/C弧偏移， 來形成內(nèi)襯層弧的步驟(S41)；按照輪胎的規(guī)格，以直線構(gòu)成鋼絲圈的步驟(S42)以及在由所述步驟(S31 S42)形成的所述輪胎的截面為非對稱的情況下，在相反一側(cè)再次應(yīng)用從所述胎面弧形成步驟(S31)開始的步驟，而在對稱的情況下結(jié)束設(shè)計(jì)并導(dǎo)出所述輪胎截面的第一形狀的步驟(S43)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的輪胎截面的成形方法，其特征在于，所述截面形狀的自動網(wǎng)格過程包括在所述胎面弧上分配節(jié)點(diǎn)的步驟(S51)；在基于所述胎面弧并通過偏移而形成的弧上分配與所述胎面弧的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)相同的節(jié)點(diǎn)的步驟(S52)；在所述側(cè)壁部的C/C弧和所述側(cè)壁弧上分配節(jié)點(diǎn)的步驟(S53)；在所述胎圈護(hù) 膠的內(nèi)外側(cè)弧上，與所述胎圈護(hù)膠的長度相同地分配節(jié)點(diǎn)的步驟 (S54)；在所述內(nèi)襯層弧上分配與所述帶束層部的C/C弧、所述側(cè)壁部的C/C弧和所述胎圈護(hù)膠內(nèi)側(cè)部的C/C弧的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)相同的節(jié)點(diǎn)的步驟(S55);以及對于偏移關(guān)系成立的弧，選擇對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)并在逆時(shí)針方向上生成四邊形元素(S56)，而對于偏移關(guān)系不成立的弧，利用非偏移元素形成算法來生成元素，從而獲得所述輪胎截面的第二形狀的步驟(S57)。
全文摘要
一種輪胎截面的成形方法包括設(shè)定輪胎目標(biāo)性能；將確定接地壓力的變量設(shè)為設(shè)計(jì)變量并使用截面形狀優(yōu)化過程，獲得優(yōu)化了接地壓力的輪胎截面；和將確定輪胎剛性、張力和應(yīng)力的變量設(shè)為設(shè)計(jì)變量并使用截面形狀優(yōu)化過程，獲得優(yōu)化了剛性、張力和應(yīng)力的輪胎截面，截面形狀優(yōu)化過程包括一、根據(jù)輪胎目標(biāo)性能，輸入基本信息、設(shè)計(jì)變量和目的函數(shù)；二、基于基本信息、設(shè)計(jì)變量和目的函數(shù)，由截面形狀自動設(shè)計(jì)過程生成輪胎截面第一形狀；三、根據(jù)第一形狀，由截面形狀自動網(wǎng)格過程生成輪胎截面第二形狀；四、將第二形狀的有限元分析結(jié)果值與目標(biāo)性能比較，若不滿足則變更步驟一的設(shè)計(jì)變量，再次從步驟二開始執(zhí)行，若滿足則獲得最優(yōu)的輪胎截面并結(jié)束。
文檔編號G06F17/50GK102622460SQ201110206630
公開日2012年8月1日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者金相協(xié) 申請人:韓國輪胎株式會社