[發明專利]一種有限元節點坐標快速提取方法

有效

• 申請號: 201710064476.5
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106909720B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 王友善;崔志博;吳健;粟本龍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工大泰銘科技有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/12
• 代理公司: 北京冠和權律師事務所 11399
• 代理人: 李建華

本發明公開了一種有限元節點坐標快速提取方法，在CAD圖形軟件下，手動對二維幾何模型劃分網格，原模型和網格線為不同顏色，截取劃分好網格的模型的圖片，通過圖像處理識別原模型線條，再次識別網格線線條，最后將兩個圖像疊加，通過識別像素點值的變化來確定各節點之間的相對位置，然后通過坐標變換，獲得節點的真正坐標。上述方法可以方便的將模型中的交點提取出，極大地提高了有限元前處理的效率。

技術領域

本發明涉及一種有限元節點坐標快速提取方法，屬于輪胎有限元分析前處理技術領域。

背景技術

有限元分析是近年來對輪胎研究的趨勢之一，各大輪胎公司、研究院所都致力于這項研究。例如住友橡膠工業株式會社的專利CN200710194353X提供了一種輪胎模型的建模方法和模擬方法；米其林公司的專利US2008/064527使用有限元分析或熱電偶探頭來確定輪胎或胎面的硫化限制部分；韓國輪胎株式會社的專利CN2011102066300通過有限元分析輪胎截面的成形方法等。

節點是有限元模型的基礎，提取模型的節點坐標是有限元前處理的主要內容之一。目前，生成有限元模型節點的方法主要有沿邊界撒種子和背景網格等自動生成節點的方法，自動生成節點方法的優點是方便和快捷。對于復雜的具有較多不規則邊界的模型來說，自動生成節點方法很難獲得較好的網格，而網格質量直接影響計算結果的精度。對于復雜模型，一般可以手動劃分網格和提取節點，但是，這種方法需要手動或通過軟件逐一提取節點，這極大地增加了有限元前處理的時間，降低了前處理效率。

發明人的早期專利CN103246792B研究了一種輪胎有限元二維網絡劃分的前處理方法。第一步，清理輪胎結構圖并繪制完整的輪胎材料分布圖；第二步，添加輔助線并繪制單元草圖；第三步，形成橫斷線并對其進行編號；第四步，生成節點多義線和邊多義線；第五步，導出結果DXF文件。以最終生成的DXF文件作為輸入文件，在這個文件中包含了所有節點的編號及幾何信息、單元編號及其所對應的節點編號。該二維網格劃分前處理方法，能將以前需要進行1天以上的工作時間縮短到僅僅1個小時左右，大幅度提高了工作效率。

在輪胎行業中，由于輪胎結構比較復雜，由數十個形狀極其不規則的部件組成，加之對部分部件的網格形狀有特殊要求，現有的商業軟件無法對其進行自動網格劃分和節點坐標提取，一般采用手動劃分網格的方法。在保證網格不會十分稀疏的情況下，一個普通的輪胎至少包含3000余個節點，這些節點都需要手動提取，提取節點的時間至少占據了前處理時間的40％，并且這種重復性的工作會使人產生煩躁情緒，更加降低了工作效率。因此，在手動劃分網格完畢之后，需要一種能夠自動提取節點坐標的方法。通過圖像處理的方法能有效的解決這一問題，運用計算機編程，使用圖像疊加方法能夠實現從手動劃分好的網格上提取模型需要的節點坐標，可極大地提高前處理效率。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術存在的問題，對于復雜模型，一般可以手動劃分網格和提取節點，但是，這種方法需要手動或通過軟件逐一提取節點，這極大地增加了有限元前處理的時間，降低了前處理效率。進而提供一種簡單可行的基于圖像疊加的有限元節點坐標提取方法，通過計算機編程，處理網格的像素點，來實現節點坐標的自動提取。

本發明提取節點坐標的原理為：在CAD圖形軟件下，手動對二維幾何模型劃分網格，原模型和網格線為不同顏色，截取劃分好網格的模型的圖片，通過圖像處理識別原模型線條，再次識別網格線線條，最后將兩個圖像疊加，通過識別像素點值的變化來確定各節點之間的相對位置，然后通過坐標變換，獲得節點的真正坐標。

為了解決上述問題，本發明采用如下技術方案：

一種有限元節點坐標快速提取方法，在CAD圖形軟件下，手動對二維幾何模型劃分網格，原模型和網格線為不同顏色，截取劃分好網格的模型的圖片，通過圖像處理識別原模型線條，再次識別網格線線條，最后將兩個圖像疊加，通過識別像素點值的變化來確定各節點之間的相對位置，然后通過坐標變換，獲得節點的真正坐標。

上述技術方案具體為：