用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法及装置，其中，方法包括：生成初始轮胎外轮廓候选关键参数集合；生成轮胎外轮廓和材料分布图；建立完整的有限元模型，并进行仿真；提取仿真结果中表征轮胎强度和耐久性能的数据，获取当前方案的评估结果；将评估结果与轮胎初始性能和初始质量评估结果进行对比；如果优于轮胎初始性能和初始质量评估结果，则存储并组成优化矩阵，否则进行交叉或者变异操作，以形成新的候选关键参数向量，并重新进行评估；获取优选方案。该方法可以自动确定最佳的外轮廓参数，使得在保证轮胎强度和耐久性能的情况下，轮胎重量最小，进而达到轻量化设计的目的。

Method and Device for Optimizing Key Outer Profile Parameters for Tire Structure Lightweight Design

The invention discloses a method and device for optimizing key outline parameters for lightweight design of tire structure. The methods include: generating candidate key parameters set of initial tire outline; generating tire outline and material distribution map; establishing a complete finite element model and carrying out simulation; extracting data representing tire strength and durability from simulation results, and obtaining appropriate parameters. The evaluation results of the former scheme are compared with the initial performance and quality evaluation results of the tire. If the evaluation results are better than the initial performance and quality evaluation results of the tire, the optimization matrix is stored and formed. Otherwise, crossover or mutation operations are carried out to form new candidate key parameter vectors and re-evaluate them. The optimal scheme is obtained. This method can automatically determine the best outline parameters, so that under the condition of ensuring the tire strength and durability, the weight of the tire is the smallest, thus achieving the purpose of lightweight design.

【技术实现步骤摘要】
用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法及装置
本专利技术涉及轮胎设计
，特别涉及一种用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法及装置。
技术介绍
目前，对进行轮胎结构设计时，面对的关键参数多，进而无法确定最佳关键参数。相关技术中，基于经验设计出几种轮胎外轮廓方案，之后利用商业有限元软件，对各方案构建数模并进行有限元仿真，最后基于仿真结果在这这些方案中选择最佳方案。然而，如果只是基于设计工程师的经验，确定有限几个不同设计方案，再结合有限元仿真手段以确定相对较优方案，则只能实现预先确定的有限几个方案中的较优方案，不能保证所获得方案是全局最优的，并且通过人工分别构建轮胎模型，费时费力，根本无法对连续改变的多个参数形成的海量方案进行建模、仿真，更谈不上全局最优方案的获得，不但寻优效率较低，而且优化设计不准确。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法，该方法可以自动确定最佳的外轮廓参数，使得在保证轮胎强度和耐久性能的情况下，轮胎重量最小。本专利技术的另一个目的在于提出一种用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法，包括以下步骤：根据轮胎外廓上的多个关键参数组成关键参数向量，并获取每个关键参数的优化范围，以生成初始轮胎外轮廓候选关键参数集合；根据所述初始轮胎外轮廓候选关键参数集合的关键参数向量生成轮胎外轮廓和材料分布图；对所述轮胎外轮廓和所述材料分布图进行网格划分，以建立完整的有限元模型，并进行仿真；根据仿真结果提取所述仿真结果中表征轮胎强度和耐久性能的数据，并进行评估，获取当前方案的评估结果；将所述评估结果与轮胎初始性能和初始质量评估结果进行对比；如果优于所述轮胎初始性能和所述初始质量评估结果，则存储当前方案，并将所有优选结果组成优化矩阵，否则对参数向量与其他方案的参数向量进行交叉或者变异操作，以形成新的候选关键参数向量，并重新进行评估；对候选关键参数矩阵和性能评估结果矩阵进行排序，以获取优选方案。本专利技术实施例的用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法，可以自动确定最佳的外轮廓参数，使得在保证轮胎强度和耐久性能的情况下，轮胎重量最小，进而达到轻量化设计的目的，进而节省原材料、降低成本，以及可自动在成百上千个轮胎设计方案中优化出全局最佳方案，达到缩短轮胎设计周期、降低研发成本的目的。另外，根据本专利技术上述实施例的用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：建立有限元模型；驱动有限元软件对有限元模型进行计算，以得到仿真结果，并从所述仿真结果中提取仿真数据；调用目标函数对所述仿真数据进行评估，以得到所述轮胎初始性能和初始质量评估结果。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述建立有限元模型，包括：读取轮胎原始设计方案中原始材料分布图和原始材料参数；根据所述材料分布图和所述材料参数建立所述有限元模型。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：在总体候选参数集合评估完毕，和/或，交叉变异的次数达到预设次数时，停止优化。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，关键参数包括第一段弧的半径和弧长、第二段弧的半径和弧长、上胎侧的半径和弧长、下胎侧的半径和弧长。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优装置，包括：第一生成模块，用于根据轮胎外廓上的多个关键参数组成关键参数向量，并获取每个关键参数的优化范围，以生成初始轮胎外轮廓候选关键参数集合；第二生成模块，用于根据所述初始轮胎外轮廓候选关键参数集合的关键参数向量生成轮胎外轮廓和材料分布图；第一仿真模块，用于对所述轮胎外轮廓和所述材料分布图进行网格划分，以建立完整的有限元模型，并进行仿真；获取模块，用于根据仿真结果提取所述仿真结果中表征轮胎强度和耐久性能的数据，并进行评估，获取当前方案的评估结果；对比模块，用于将所述评估结果与轮胎初始性能和初始质量评估结果进行对比；第一评估模块，用于在优于所述轮胎初始性能和所述初始质量评估结果时，存储当前方案，并将所有优选结果组成优化矩阵，否则对参数向量与其他方案的参数向量进行交叉或者变异操作，以形成新的候选关键参数向量，并重新进行评估；寻优模块，用于对候选关键参数矩阵和性能评估结果矩阵进行排序，以获取优选方案。本专利技术实施例的用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优装置，可以自动确定最佳的外轮廓参数，使得在保证轮胎强度和耐久性能的情况下，轮胎重量最小，进而达到轻量化设计的目的，进而节省原材料、降低成本，以及可自动在成百上千个轮胎设计方案中优化出全局最佳方案，达到缩短轮胎设计周期、降低研发成本的目的。另外，根据本专利技术上述实施例的用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优装置还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：建立模块，用于建立有限元模型；第二仿真模块，用于驱动有限元软件对有限元模型进行计算，以得到仿真结果，并从所述仿真结果中提取仿真数据；第二评估模块，用于调用目标函数对所述仿真数据进行评估，以得到所述轮胎初始性能和初始质量评估结果。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述建立模块进一步用于读取轮胎原始设计方案中原始材料分布图和原始材料参数，并且根据所述材料分布图和所述材料参数建立所述有限元模型。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在总体候选参数集合评估完毕，和/或，交叉变异的次数达到预设次数时，停止优化。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，关键参数包括第一段弧的半径和弧长、第二段弧的半径和弧长、上胎侧的半径和弧长、下胎侧的半径和弧长。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法的流程图；图2为根据本专利技术一个实施例的轮胎材料分布图及外轮廓关键参数的示意图；图3为根据本专利技术一个具体实施例的用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法的流程图；图4为根据本专利技术一个实施例的轮胎关键参数自动寻优方法的程序示意图；以及图5为根据本专利技术实施例的用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优装置的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法及装置，首先将参照附图描述根据本专利技术实施例提出的用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法。图1是本专利技术实施例的用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法的流程图。如图1所示，该用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法包括以下步骤：在步骤S101中，根据轮胎外廓上的多个关键参数组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法，其特征在于，包括以下步骤：根据轮胎外廓上的多个关键参数组成关键参数向量，并获取每个关键参数的优化范围，以生成初始轮胎外轮廓候选关键参数集合；根据所述初始轮胎外轮廓候选关键参数集合的关键参数向量生成轮胎外轮廓和材料分布图；对所述轮胎外轮廓和所述材料分布图进行网格划分，以建立完整的有限元模型，并进行仿真；根据仿真结果提取所述仿真结果中表征轮胎强度和耐久性能的数据，并进行评估，获取当前方案的评估结果；将所述评估结果与轮胎初始性能和初始质量评估结果进行对比；如果优于所述轮胎初始性能和所述初始质量评估结果，则存储当前方案，并将所有优选结果组成优化矩阵，否则对参数向量与其他方案的参数向量进行交叉或者变异操作，以形成新的候选关键参数向量，并重新进行评估；以及对候选关键参数矩阵和性能评估结果矩阵进行排序，以获取优选方案。

【技术特征摘要】
1.一种用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法，其特征在于，包括以下步骤：根据轮胎外廓上的多个关键参数组成关键参数向量，并获取每个关键参数的优化范围，以生成初始轮胎外轮廓候选关键参数集合；根据所述初始轮胎外轮廓候选关键参数集合的关键参数向量生成轮胎外轮廓和材料分布图；对所述轮胎外轮廓和所述材料分布图进行网格划分，以建立完整的有限元模型，并进行仿真；根据仿真结果提取所述仿真结果中表征轮胎强度和耐久性能的数据，并进行评估，获取当前方案的评估结果；将所述评估结果与轮胎初始性能和初始质量评估结果进行对比；如果优于所述轮胎初始性能和所述初始质量评估结果，则存储当前方案，并将所有优选结果组成优化矩阵，否则对参数向量与其他方案的参数向量进行交叉或者变异操作，以形成新的候选关键参数向量，并重新进行评估；以及对候选关键参数矩阵和性能评估结果矩阵进行排序，以获取优选方案。2.根据权利要求1所述的用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法，其特征在于，还包括：建立有限元模型；驱动有限元软件对有限元模型进行计算，以得到仿真结果，并从所述仿真结果中提取仿真数据；调用目标函数对所述仿真数据进行评估，以得到所述轮胎初始性能和初始质量评估结果。3.根据权利要求2所述的用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法，其特征在于，所述建立有限元模型，包括：读取轮胎原始设计方案中原始材料分布图和原始材料参数；根据所述材料分布图和所述材料参数建立所述有限元模型。4.根据权利要求1所述的用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法，其特征在于，还包括：在总体候选参数集合评估完毕，和/或，交叉变异的次数达到预设次数时，停止优化。5.根据权利要求1所述的用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优方法，其特征在于，关键参数包括第一段弧的半径和弧长、第二段弧的半径和弧长、上胎侧的半径和弧长、下胎侧的半径和弧长。6.一种用于轮胎结构轻量化设计的关键外廓参数寻优装置，其特征在于，包括：第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘献栋，冯启章，单颖春，何田，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11