一种基于轻量化技术的橡胶履带结构拓扑优化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于轻量化技术的橡胶履带结构拓扑优化系统，包括数据采集模块、拓扑优化模块、仿真验证模块，所述数据采集模块用于录入工作车辆的三维模型和录入橡胶履带的各项数据，所述拓扑优化模块用于分析报废橡胶履带的具体情况，并进行拓扑优化，所述仿真验证模块用于对拓扑优化后的橡胶履带在工作车辆上的兼容性进行验证，所述数据采集模块包括车辆模型导入模块、三维激光扫描单元、数据库，所述车辆模型导入模块与数据库电连接，所述车辆模型导入模块用于向有限元模型坐标系中导入工作车辆的三维模型，所述三维激光扫描单元用于利用非接触式红外扫描技术将橡胶履带进行扫描，本发明专利技术，具有针对性强的特点。具有针对性强的特点。具有针对性强的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于轻量化技术的橡胶履带结构拓扑优化系统


[0001]本专利技术涉及橡胶履带生产
，具体为一种基于轻量化技术的橡胶履带结构拓扑优化系统。

技术介绍

[0002]橡胶履带就是用橡胶和骨架材料制成的履带，它被广泛用于工程机械、农用机械和军用装备。而轻型机械作业车辆也会采用橡胶履带进行移动。
[0003]现有的橡胶履带采用统一生产的方式，整个履带的材料密度分布是均匀且随机的，生产出来的履带在不同的机械作业车辆上使用时，由于每辆车的结构和重量分布有细微区别，导致履带的受力和内部应力也有所区别，使用一段时间后履带的某一部分会率先磨损，如果率先磨损的地方达到了不可使用的程度，则会导致整个履带的报废，使用成本高。
[0004]如果提升整体的材料密度，虽然整体强度会增加，但会导致履带整体过于沉重和弯曲度下降，不适合日常使用。因此，设计针对性强的一种基于轻量化技术的橡胶履带结构拓扑优化系统是很有必要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于轻量化技术的橡胶履带结构拓扑优化系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于轻量化技术的橡胶履带结构拓扑优化系统，包括数据采集模块、拓扑优化模块、仿真验证模块，所述数据采集模块用于录入工作车辆的三维模型和录入橡胶履带的各项数据，所述拓扑优化模块用于分析报废橡胶履带的具体情况，并进行拓扑优化，所述仿真验证模块用于对拓扑优化后的橡胶履带在工作车辆上的兼容性进行验证。<br/>[0007]根据上述技术方案，所述数据采集模块包括车辆模型导入模块、三维激光扫描单元、数据库，所述车辆模型导入模块与数据库电连接，所述车辆模型导入模块用于向有限元模型坐标系中导入工作车辆的三维模型，所述三维激光扫描单元用于利用非接触式红外扫描技术将橡胶履带进行扫描，所述数据库用于储存不同工作车辆的三维模型和橡胶履带的有限元模型；
[0008]所述拓扑优化模块包括有限元模型建立模块、损坏位置拟合模块、趋势分析模块、密度分布调整模块，所述限元模型建立模块与三维激光扫描单元电连接，所述数据库与趋势分析模块和限元模型建立模块电连接，所述有限元模型建立模块用于根据扫描出的橡胶履带三维图像建立有限元分析模型，所述损坏位置拟合模块用于对比报废橡胶履带和初始橡胶履带的有限元模型，对缺损位置标记和缺损面积进行计算，所述趋势分析模块用于对比当前工作车辆使用的所有报废橡胶履带的损坏程度趋势，所述密度分布调整模块用于根据缺损位置和缺损面积，结合损坏程度趋势对设计区域的材料密度分布进行调整；
[0009]所述仿真验证模块包括模型整合模块、应力分析模块，所述模型整合模块与限元模型建立模块和车辆模型导入模块电连接，所述模型整合模块用于将设计好的橡胶履带有限元模型与工作车辆的三维模型进行安装整合，所述应力分析模块用于对橡胶履带的实际在工作车辆上的应用场景进行应力分析，防止应力集中而崩坏的情况。
[0010]根据上述技术方案，该拓扑优化系统的工作方法具体为：
[0011]S1、原始数据收集：在作业车辆当前使用的橡胶履带报废时，回收并扫描报废橡胶履带，建立橡胶履带的有限元模型，并分析其易损坏位置；
[0012]S2、确定优化对象：在新的橡胶履带浇注成型前，匹配到需要应用到的具体作业车辆，并带入作业车辆报废履带的有限元模型；
[0013]S3、设计自适应拓扑优化算法：自适应拓扑优化算法根据优化目标自动调整拓扑结构，降低易损坏位置率先损坏的概率；
[0014]S4、进行模拟仿真和实验验证：在确保新的橡胶履带完全适合作业车辆，并且新的橡胶履带与报废履带在作业车辆三维模型的安装位置一一对应后，对优化后的橡胶履带进行应力分析和实验验证，以考虑现实应用中可能出现的各种情况。
[0015]根据上述技术方案，上述步骤S1
‑
S2中，有限元模型的具体建立方法为：
[0016]S1
‑
1、在橡胶履带使用前，将其利用三维激光扫描单元扫描，得出初始橡胶履带三维有限元模型，保存在数据库中，另导入工作车辆三维模型，使得工作车辆的三维模型能够准确展示橡胶履带的安装位置；
[0017]S2
‑
1、将报废橡胶履带某一处完好的位置进行标记，并且记录标记位置在工作车辆的精确安装位置，切开报废橡胶履带并将其展平呈水平状，利用三维激光扫描单元扫描履带整体，并且建立报废橡胶履带的三维有限元模型，将三维有限元模型与初始橡胶履带三维有限元模型作对比，将缺陷部位进行标记并且计算缺陷面积的大小。
[0018]根据上述技术方案，上述步骤S3中，自动调整拓扑结构的具体方法为：
[0019]S3
‑
1、初始化：首先确定设计区域大小和初始密度分布，初始的材料密度分布是随机的；
[0020]S3
‑
2、一系列优化迭代：根据当前材料密度分布计算出材料的应力状态，然后带入当前作业车辆报废履带的有限元模型，标注出不同损坏程度的设计区域，来更新材料密度分布；
[0021]S3
‑
3、根据自适应规则进行拓扑优化：当橡胶开始凝结，密度分布相对稳定时，根据自适应规则进行拓扑优化。
[0022]根据上述技术方案，上述步骤S3
‑
3中，自适应规则包括两个方面：
[0023]a、第一个是作业车辆报废履带有限元模型的变化趋势，通过计算不同时期的作业车辆报废履带随着使用更替过程的易损坏位置的区域面积的变化，判断易损坏位置的区域面积是处于收敛状态还是仍在扩大；
[0024]b、第二个是拓扑结构的变化，根据易损坏区域位置和面积，结合应力极限状态确定需要增加或减少材料密度的区域，并进行拓扑重构。
[0025]根据上述技术方案，上述步骤S3
‑
3中，橡胶履带增加和减少材料密度的具体方法为：
[0026]；
[0027]式中为当前正在设计的初始履带设计区域中某个易损坏区域应具有的材料密度，为最后一个报废履带的此易损坏区域的历史材料密度，为最后一个报废履带此易损坏区域的面积，为倒数第二个报废履带此易损坏区域的面积，为易损坏区域变化趋势影响系数，为常数，为易损坏区域面积影响系数，为常数。
[0028]根据上述技术方案，上述步骤S4中，优化后的橡胶履带进行应力分析结果如果此种材料密度的橡胶履带使用时，若分析超出极限应力，则意味着当前设计的初始橡胶履带应力过于集中，则将这个易损坏区域的材料密度降低至橡胶履带能承受的极限应力所对应的材料密度。
[0029]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术，可以根据不同工作车辆建立不同的三维模型和有限元模型，找出实际使用中损坏最严重的部分，针对性地根据损坏严重程度进行材料密度的调整，同时能够结合应用在不同时期的工作车辆中，橡胶履带损坏的趋势对后续橡胶履带的易损坏区域进行预测，针对性加强越来越易受损坏的设计区域的材料密度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轻量化技术的橡胶履带结构拓扑优化系统，其特征在于：包括数据采集模块、拓扑优化模块、仿真验证模块，所述数据采集模块用于录入工作车辆的三维模型和录入橡胶履带的各项数据，所述拓扑优化模块用于分析报废橡胶履带的具体情况，并进行拓扑优化，所述仿真验证模块用于对拓扑优化后的橡胶履带在工作车辆上的兼容性进行验证。2.根据权利要求1所述的一种基于轻量化技术的橡胶履带结构拓扑优化系统，其特征在于：所述数据采集模块包括车辆模型导入模块、三维激光扫描单元、数据库，所述车辆模型导入模块与数据库电连接，所述车辆模型导入模块用于向有限元模型坐标系中导入工作车辆的三维模型，所述三维激光扫描单元用于利用非接触式红外扫描技术将橡胶履带进行扫描，所述数据库用于储存不同工作车辆的三维模型和橡胶履带的有限元模型；所述拓扑优化模块包括有限元模型建立模块、损坏位置拟合模块、趋势分析模块、密度分布调整模块，所述限元模型建立模块与三维激光扫描单元电连接，所述数据库与趋势分析模块和限元模型建立模块电连接，所述有限元模型建立模块用于根据扫描出的橡胶履带三维图像建立有限元分析模型，所述损坏位置拟合模块用于对比报废橡胶履带和初始橡胶履带的有限元模型，对缺损位置标记和缺损面积进行计算，所述趋势分析模块用于对比当前工作车辆使用的所有报废橡胶履带的损坏程度趋势，所述密度分布调整模块用于根据缺损位置和缺损面积，结合损坏程度趋势对设计区域的材料密度分布进行调整；所述仿真验证模块包括模型整合模块、应力分析模块，所述模型整合模块与限元模型建立模块和车辆模型导入模块电连接，所述模型整合模块用于将设计好的橡胶履带有限元模型与工作车辆的三维模型进行安装整合，所述应力分析模块用于对橡胶履带的实际在工作车辆上的应用场景进行应力分析，防止应力集中而崩坏的情况。3.根据权利要求2所述的一种基于轻量化技术的橡胶履带结构拓扑优化系统，其特征在于：该拓扑优化系统的工作方法具体为：S1、原始数据收集：在作业车辆当前使用的橡胶履带报废时，回收并扫描报废橡胶履带，建立橡胶履带的有限元模型，并分析其易损坏位置；S2、确定优化对象：在新的橡胶履带浇注成型前，匹配到需要应用到的具体作业车辆，并带入作业车辆报废履带的有限元模型；S3、设计自适应拓扑优化算法：自适应拓扑优化算法根据优化目标自动调整拓扑结构，降低易损坏位置率先损坏的概率；S4、进行模拟仿真和实验验证：在确保新的橡胶履带完全适合作业车辆，并且新的橡胶履带与报废履带在作业车辆三维模型的安装位置一一对应后，对优化后的橡胶履带进行应力分析和实验验证，以考虑现实应用中可能出现的各种情况。4.根据权利要求3所述的一种基于轻量化技术的橡胶履带结构拓扑优化系统，其特征在于：上述步骤S1
‑
S2中，有限元模型的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵振宇，徐彤，徐康，金文俊，
申请(专利权)人：镇江同立橡胶有限公司，
类型：发明
国别省市：