(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210765110.1 (22)申请日 2022.07.01 (71)申请人 季华实验室 地址 528200 广东省佛山市南海区桂城街 道环岛南路28号 (72)发明人 钟浩龙　杨江林　徐婷　 (74)专利代理 机构 北京开阳星知识产权代理有 限公司 1 1710 专利代理师 姚金金 (51)Int.Cl. G16C 60/00(2019.01) G06F 30/23(2020.01) B60C 99/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 剪切带微观结构的设计方法、 微观结构、 剪 切带及轮胎 (57)摘要 本公开涉及剪切带微观结构的设计方法、 微 观结构、 剪切带及轮胎， 该方法包括： 定义 设计区 域和确定设计变量； 设计区域为剪切带微观结构 的最小周期单元； 设计变量为设计区域中的填充 材料； 构建设计区域的材料矩阵， 确定目标函数； 对设计区域进行有限元分析， 计算等效弹性模 量； 基于等效弹性模量， 计算设计区域中每个网 格的灵敏度； 基于灵敏度， 更新设计变量； 计算更 新设计变量后的目标函数的目标值， 判断目标值 是否满足收敛条件； 满足收敛条件时， 将设计区 域作为剪切带微观结构输出； 不满足收敛条件 时， 返回执行对设计区域进行有限元分析， 计算 设计区域的等效弹性模量的步骤。 该方法获得的 剪切带微观结构应用于剪切带， 可提高非充气轮 胎的承载能力。 权利要求书2页 说明书12页 附图7页 CN 115206464 A 2022.10.18 CN 115206464 A 1.一种剪切带微观结构的设计方法， 其特 征在于， 包括： 定义设计区域和确定设计变量； 其中， 所述设计区域为剪切带微观结构的最小周期单 元， 所述设计区域包括 N个网格， N 为正整数； 所述设计 变量为所述设计区域中的填充材 料； 构建所述设计区域的材 料矩阵， 确定所述设计区域的目标函数； 对所述设计区域进行有限元分析， 计算所述设计区域的等效弹性模量； 基于所述设计区域的等效弹性模量， 计算所述设计区域中每 个网格的灵敏度； 基于所述灵敏度， 更新所述设计 变量； 计算更新设计 变量后的所述目标函数的目标值， 判断所述目标值是否满足收敛 条件； 在满足所述收敛条件时， 将所述设计区域作为剪切带微观结构输出； 以及在不满足所 述收敛条件时， 返回执行所述对所述设计区域进行有限元分析， 计算所述设计区域的等效 弹性模量的步骤。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述设计区域中的填充材料包括第 一材料 或第二材料； 填充 材料为第一材料时， 所述设计变量为Ce＝ 1； 填充材料为第二材料时， 所述 设计变量为Ce＝0； 所述设计变量初始 值为所述设计区域全部填充 所述第一材料； 其中， e为 1～N的正整数。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述确定所述设计区域的目标函数， 包括： 所述目标函数为极大化 函数， 采用如下公式计算所述目标函数： 其中， F(x)为目标函数； 和 为所述设计区域的抗拉模量； 为所述设 计区域的剪切模量； w1为抗拉模量的权 重系数； w2为剪切模量的权 重系数。 4.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述对所述设计区域进行有限元分析， 计 算所述设计区域的等效弹性模量， 包括： 采用如下公式计算所述设计区域的等效弹性模量： Ku＝ ∫YBTEdY； 其中， 为所述设计区域的等效弹性模量； H表示均匀化； i、 j、 k和l为等效弹性模量 的脚标， 表 示其在设计区域中的区域位置， i、 j、 k和l均为正整 数； Y为所述设计区域的面积， I为3×3的单位矩阵； B为所述设计区域 的应变矩阵； BT表示应变矩阵的转置矩阵； u为所述 设计区域的内部位移场； K为所述设计区域的刚度矩阵； p1为惩罚因子； Ee， ijkl为第e个网格 的弹性模 量； 表示第e个网格填充材料为第一材料的弹性模量； 表示第e个网权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115206464 A 2格填充材 料为第二材 料的弹性模量； e为1～N的正整数。 5.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述基于所述设计区域的等效弹性模量， 计算所述设计区域中每 个网格的灵敏度， 包括： 采用如下公式计算所述灵敏度： 其中， 和 为所述设计区域的抗拉模量； 为所述设 计区域的剪切模量； w1为抗拉模量的权重系数； w2为剪切模量的权重系数； Ce为设计变 量， 取值为0或1， e为1～N的正整数。 6.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述基于所述灵敏度， 更新设计变量， 包 括： 基于所述灵敏度， 将灵敏度满足预设更新条件的网格的填充材料由所述第 一材料替换 为所述第二材 料。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 在所述计算更新设计变量后的所述目标函 数的目标值， 判断所述目标值是否满足收敛 条件之前， 还 包括： 计算更新设计变量后的所述第 一材料的体积分数， 判断所述第 一材料的体积分数是否 满足所述目标函数的约束条件； 所述目标函数的约束条件为： V1＝V*； 在满足所述约束条件时， 执行所述计算更新设计变量后的所述目标函数的目标值， 判 断所述目标值是否满足收敛 条件； 以及， 在不满足所述约束条件时， 返回执行所述对所述设计区域进行有限元分析， 计算所述 设计区域的等效弹性模量的步骤； 其中， V1为所述设计区域中所述第一材料的体积分数； V*为所述设计区域中所述第一材 料的体积分数约束值。 8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 所述收敛条件包括： 所述目标函数的目标 值满足预设精度要求。 9.一种剪切带微观结构， 其特征在于， 采用 如权利要求1至8中任一项所述的设计方法 形成。 10.一种剪切带， 其特 征在于， 包括周期性 排布的如权利要求9所述剪切带微观结构。 11.一种非充气轮胎， 其特 征在于， 包括： 如权利要求10所述的剪切带。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115206464 A 3