【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于胎-路三維應力測試領域，具體涉及一種輪胎路面接觸三維應力測試系統及方法。
技術介紹
1、胎-路三維應力是指輪胎與路面接觸區域內各個方向的應力分布，包括：垂直應力（法向應力）及切向應力，垂直應力會直接影響接觸面積和摩擦力；切向應力包括縱向和橫向剪切應力，縱向和橫向剪切應力分別導致不同的摩擦行為，如滑動摩擦和滾動摩擦。胎-路三維應力除了對與交通安全息息相關的摩擦力起著決定性作用外，胎-路三維應力還是揭示胎-路噪聲及磨損微顆粒形成機制的基礎。隨著表面形貌測試技術的發展，路面細微觀粗糙度對接觸的影響逐漸受到重視，研究更小尺度上的高精度應力分布更符合當前的使用需求。
2、目前，借助壓力膠片、壓力毯、三向傳感器陣列等測試方法均可用來測試輪胎與路面兩者之間的接觸應力，但是這些方法由于要在胎-路間放置具有較高抗變形能力的物質如膠片紙、傳感器等，這一介入過程不可避免地改變了接觸界面的自然狀態，導致測試所得的應力數據與輪胎實際作用于路面時的高精度三維真實應力之間存在偏差，難以完全反映真實的接觸力學特性；此外，數值模擬方法作為另一種接觸應力測試方法，雖然可以避免胎-路間多余介質的影響，但是粗糙路面上的真實接觸難以被驗證，使得模擬結果可靠度存疑。
3、由此可見，現有胎-路三維應力測試方法通常采用介質介入測試以及數值模擬法，具有一定的局限性，無法保證實際應用中測試結果的準確性和可靠性。
技術實現思路
1、本專利技術提供了一種輪胎路面接觸三維應力測試系統及方法，以解決現有
2、為了達到上述目的，本專利技術采用如下
技術實現思路
：
3、一種輪胎路面接觸三維應力測試系統，包括：
4、試件制作單元，用于根據路面三維形貌點云數據制作路面試件；
5、接觸測試平臺，用于模擬輪胎與路面試件的接觸環境，并在輪胎與路面試件的接觸過程中采集輪胎的橡膠變形圖像；
6、三維有限元模型生成平臺，用于根據賦予材料屬性后的輪胎剖面幾何模型生成輪胎三維有限元模型，以及根據賦予路面材料的模型參數生成路面三維有限元模型；
7、三維點云生成平臺，用于根據輪胎的橡膠變形圖像生成實測胎面形變三維點云，以及根據輪胎三維有限元模型和路面三維有限元模型得到模擬胎面形變三維點云；
8、精度修正單元，用于根據實測胎面形變三維點云與模擬胎面形變三維點云的對比結果，更新迭代輪胎與路面試件之間摩擦系數初始值直至滿足預設條件，以輸出最終摩擦系數初始值；
9、三維應力計算單元，用于根據輪胎三維有限元模型、路面三維有限元模型以及最終摩擦系數初始值計算得到輪胎與路面之間的三維應力結果。
10、進一步地，所述路面三維形貌點云數據由接觸或非接觸式三維形貌掃描設備對待評估的路面區域采集得到；所述路面試件采用透明材料并采用3d打印技術制作得到，用于復制具有真實粗糙度的路面。
11、進一步地，所述接觸測試平臺包括由下至上依次設置的光源、雙目相機、散斑圖像層和透明板以及用于提供模式荷載的加載裝置；在模擬接觸過程中，輪胎與路面試件放置在透明板上。
12、一種輪胎路面接觸三維應力測試方法，包括：
13、根據路面三維形貌點云數據制作路面試件；
14、模擬輪胎與路面試件的接觸環境，并在輪胎與路面試件的接觸過程中采集輪胎的橡膠變形圖像；
15、根據賦予材料屬性后的輪胎剖面幾何模型生成輪胎三維有限元模型，以及根據賦予路面材料的模型參數生成路面三維有限元模型；
16、根據輪胎的橡膠變形圖像生成實測胎面形變三維點云，以及根據輪胎三維有限元模型和路面三維有限元模型得到模擬胎面形變三維點云；
17、根據實測胎面形變三維點云與模擬胎面形變三維點云的對比結果，更新迭代輪胎與路面試件之間摩擦系數初始值直至滿足預設條件，以輸出最終摩擦系數初始值；
18、根據輪胎三維有限元模型、路面三維有限元模型以及最終摩擦系數初始值計算得到輪胎與路面之間的三維應力結果。
19、進一步地，采用接觸或非接觸式三維形貌掃描設備對待評估的路面區域進行采集，得到路面三維形貌點云數據；將路面三維形貌點云數據進行校平、去除異常點、修補非測試點及濾波前處理，并采用3d打印技術根據前處理后的路面三維形貌點云數據對具有真實粗糙度的路面進行復制，結合透明材料制作得到路面試件；所述透明材料養生后的模量≥3000?mpa；3d打印的分辨率≥0.5?mm。
20、進一步地，在模擬輪胎與路面試件的接觸過程中，將雙目相機基線距離控制在50-100mm且保持視軸平行。
21、進一步地，根據賦予材料屬性后的輪胎剖面幾何模型生成輪胎三維有限元模型的具體步驟如下：
22、根據收集的輪胎各結構層幾何數據、材料類型信息及胎面花紋在autocad中建立輪胎剖面幾何模型；同時通過力學實驗測試輪胎各結構層材料的本構參數；
23、將輪胎剖面幾何模型導入hypermesh軟件，并對輪胎各結構層進行網格劃分；
24、將劃分好網格的輪胎剖面幾何模型導入abaqus軟件，基于測試的輪胎各結構層材料的本構參數賦予各結構層材料屬性；
25、利用賦予材料屬性后的輪胎剖面幾何模型生成輪胎三維有限元模型；
26、根據賦予路面材料的模型參數生成路面三維有限元模型的具體步驟如下：
27、將路面三維形貌模型導入hypermesh軟件中劃分網格；
28、將劃分好網格的路面三維形貌模型導入到abaqus軟件中，賦予路面材料的模型參數，生成路面三維有限元模型。
29、進一步地，根據輪胎的橡膠變形圖像生成實測胎面形變三維點云的具體步驟如下：
30、根據相機參數的標定結果對橡膠變形圖像進行矯正，基于橡膠變形圖像中的特征點進行圖像配準，以確保左右圖像對齊；
31、針對矯正后且對齊的橡膠變形圖像，采用opencv的立體匹配算法計算視差圖；
32、根據視差圖和相機焦距及基線距離計算深度圖，利用深度圖生成實測胎面形變三維點云并保存；
33、根據輪胎三維有限元模型和路面三維有限元模型得到模擬胎面形變三維點云的具體步驟如下：
34、對輪胎三維有限元模型和路面三維有限元模型進行參數設定，并采用混合罰函數和拉格朗日乘子法求解胎-路接觸時的三維變形，得到模擬胎面形變三維點云。
35、進一步地，實測胎面形變三維點云與模擬胎面形變三維點云的對比結果的獲取步驟如下：
36、加載實測胎面形變三維點云與模擬胎面形變三維點云；
37、將實測胎面形變三維點云作為目標點云，模擬胎面形變三維點云作為源點云，并進行特征點匹配，同時計算實測胎面形變三維點云與模擬胎面形變三維點云的均方根誤差；
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【技術保護點】
1.一種輪胎路面接觸三維應力測試系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的輪胎路面接觸三維應力測試系統，其特征在于，所述路面三維形貌點云數據由接觸或非接觸式三維形貌掃描設備對待評估的路面區域采集得到；所述路面試件（2）采用透明材料并采用3D打印技術制作得到，用于復制具有真實粗糙度的路面。
3.根據權利要求1所述的輪胎路面接觸三維應力測試系統，其特征在于，所述接觸測試平臺包括由下至上依次設置的光源（7）、雙目相機（5）、散斑圖像層（3）和透明板（4）以及用于提供模式荷載的加載裝置；在模擬接觸過程中，輪胎（1）與路面試件（2）放置在透明板（4）上。
4.一種輪胎路面接觸三維應力測試方法，其特征在于，包括：
5.?根據權利要求4所述的輪胎路面接觸三維應力測試方法，其特征在于，采用接觸或非接觸式三維形貌掃描設備對待評估的路面區域進行采集，得到路面三維形貌點云數據；將路面三維形貌點云數據進行校平、去除異常點、修補非測試點及濾波前處理，并采用3D打印技術根據前處理后的路面三維形貌點云數據對具有真實粗糙度的路面進行復制，結合透明材料制作得
6.根據權利要求4所述的輪胎路面接觸三維應力測試方法，其特征在于，在模擬輪胎（1）與路面試件（2）的接觸過程中，將雙目相機（5）基線距離控制在50-100mm且保持視軸平行。
7.根據權利要求4所述的輪胎路面接觸三維應力測試方法，其特征在于，根據賦予材料屬性后的輪胎剖面幾何模型生成輪胎三維有限元模型的具體步驟如下：
8.根據權利要求4所述的輪胎路面接觸三維應力測試方法，其特征在于，根據輪胎的橡膠變形圖像生成實測胎面形變三維點云的具體步驟如下：
9.根據權利要求4所述的輪胎路面接觸三維應力測試方法，其特征在于，實測胎面形變三維點云與模擬胎面形變三維點云的對比結果的獲取步驟如下：
10.根據權利要求9所述的輪胎路面接觸三維應力測試方法，其特征在于，若對比結果為均方根誤差大于預設閾值時，則采用二分法更新迭代輪胎與路面試件之間摩擦系數初始值，直至均方根誤差位于預設閾值內；將最終摩擦系數初始值代入輪胎三維有限元模型、路面三維有限元模型，計算得到法向應力以及橫、縱切向應力；
...【技術特征摘要】
1.一種輪胎路面接觸三維應力測試系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的輪胎路面接觸三維應力測試系統，其特征在于，所述路面三維形貌點云數據由接觸或非接觸式三維形貌掃描設備對待評估的路面區域采集得到；所述路面試件（2）采用透明材料并采用3d打印技術制作得到，用于復制具有真實粗糙度的路面。
3.根據權利要求1所述的輪胎路面接觸三維應力測試系統，其特征在于，所述接觸測試平臺包括由下至上依次設置的光源（7）、雙目相機（5）、散斑圖像層（3）和透明板（4）以及用于提供模式荷載的加載裝置；在模擬接觸過程中，輪胎（1）與路面試件（2）放置在透明板（4）上。
4.一種輪胎路面接觸三維應力測試方法，其特征在于，包括：
5.?根據權利要求4所述的輪胎路面接觸三維應力測試方法，其特征在于，采用接觸或非接觸式三維形貌掃描設備對待評估的路面區域進行采集，得到路面三維形貌點云數據；將路面三維形貌點云數據進行校平、去除異常點、修補非測試點及濾波前處理，并采用3d打印技術根據前處理后的路面三維形貌點云數據對具有真實粗糙度的路面進行復制，結合透明材料制作得到路面試件（2）；...
【專利技術屬性】
技術研發人員：贠迪，劉宇軒，王鴻飛，嚴運兵，周興林，冉茂平，唐成，
申請(專利權)人：武漢科技大學，
類型：發明
國別省市：
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