一种空间异形结构有限元建模方法技术

本发明专利技术公开了一种空间异形结构有限元建模方法，所述的有限元模型内包含有节点、单元、荷载、边界条件，其中单元分为线单元、面单元和实体单元；其特征在于：在CAD软件中通过拾取空间几何模型，结合图形构件管理办法使用有限元图形读入办法，快速的输出有限元计算模型的前处理数据，根据空间自由曲面批量指定杆件截面转角，本发明专利技术能快速创建异型有限元结构分析模型，模型精准可靠，为设计变更快速的提供结构验算模型，节省人力资源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木工程设计行业中的结构模型数据转换
，具体涉及一种快 速的空间异形结构有限元建模方法；主要应用土木工程设计中的各种图形设计到有限元结 构数据转化，特别适用于大型异形结构设计建模计算，包括了桥梁工程和公共建筑工程。
技术介绍
设计图形数据转化为技术在土建结构设计中应用广泛，它的主要功能是将计算机 的图形转化为可用于计算的有限元数据模型。但是目前的模型数据转化技术大多数信息不 全、效率较低，对于大型的工程绘图数据管理存在困难。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了。 本专利技术所采用的技术方案是：，所述的有限元 模型内包含有节点、单元、荷载、边界条件，其中单元分为线单元、面单元和实体单元；其特 征在于：在CAD软件中通过拾取空间几何模型，结合图形构件管理办法使用有限元图形读 入办法，快速的输出有限元计算模型的前处理数据，根据空间自由曲面批量指定杆件截面 转角，快速创建有限元分析模型。 作为优选，所述的图形构件管理办法包括以下步骤： 步骤Al :结构图层数据组织；结构图层主要是为了区分土建设计中结构专业的工 作图层，该图层下建立两级子图层，第一级子图层为结构功能，用于区分结构功能或者区 域；第二级子图层用于存储结构构件模型信息； 步骤A2 :图层命名；图层的名称主要包含了功能性名称、构件类型名称、构件结构 信息编号和信息分割符号，组合命名格式为中文名_单元类别-材料编号-截面编号，其 中中文名、单元类别、材料编号和截面编号为有限元特定关键字，为特定的分隔符。 作为优选，所述的有限元图形读入办法包括以下步骤： 步骤BI:启用文件书写； 步骤B2 :选取导出物体； 步骤B3 :依次选取单个物体循环处理，并判断几何类型： 若是曲线，则继续判断是否是直线？若是直线，则书写杆件模块、提取几何信息、 提取图层结构信息和书写杆单元命令流；若不是直接，则报错记录书写； 若是曲面，则继续判断是否是低阶曲面？若是低阶曲面，则书写四点不共面的面 的翘曲面单元、提取几何信息、提取图层结构信息、书写面单元命令流；若不是低阶曲面，则 报错记录书写； 若是网格，则书写四点共面的平面面单元、提取几何信息、提取图层结构信息和书 写面单元命令流； 若是点，则书写荷载以及边界条件； 否则，报错记录书写； 步骤M :循环结束； 步骤B5 :结束书写文件； 步骤B6:打印错误报告。 作为优选，所述的空间自由曲面，是基于NURBS的空间任意曲面，曲面的任意点位 置均可计算曲面法相方向。 作为优选，所述的根据空间自由曲面批量指定杆件截面转角，其具体实现包括以 下步骤： 步骤Cl :获取杆件线；获取对应的起点、终点和中点； 对于获取的起点和终点，判断其连线是否其垂直于世界坐标轴XY平面：若是，则2 轴方向为y轴，3轴方向为X轴；若否，则2轴方向为1轴叉乘z轴，3轴方向为2轴叉乘1 轴；然后分别获取1轴、2轴、3轴的角度计算面；其中，在有限元模型当中，1轴、2轴、3轴是 单元的局部坐标轴，对于杆单元：1轴是杆单元的起点指向终点的方向，2轴是1轴于世界坐 标轴Z轴向量叉积，3轴是1轴于2轴的叉积； 对于获取的中点，取得曲面最近点，并获取最近点曲面法向； 步骤C2 :根据角度计算面和曲面法向计算面与法线方向的夹角； 步骤C3:书写夹角记录。 相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：在CAD软件中通过拾取空间几何模型， 结合图形构件管理办法使用有限元图形读入办法，快速的输出有限元计算模型的前处理数 据，根据空间自由曲面批量指定杆件截面转角，快速创建异型有限元结构分析模型，模型精 准可靠，为设计变更快速的提供结构验算模型，节省人力资源。 【附图说明】 图1 :本专利技术实施例的截面转角调整流程图； 图2 :本专利技术实施例的线、面单元模型示意图； 图3 :本专利技术实施例的线、面单元模型的有限元模型数据结构图； 图4 :本专利技术实施例的线单元的模型示意图； 图5 :本专利技术实施例的面单元的模型示意图； 图6 :本专利技术实施例的网格的模型示意图； 图7 :本专利技术实施例的空间几何体模型示意图； 图8 :本专利技术实施例的空间几何体模型的有限元模型数据结构图； 图9 :本专利技术实施例的曲面与杆件夹角模型示意图； 【具体实施方式】 为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及实施例对本发 明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不 用于限定本专利技术。 本专利技术在计算机辅助制图软件（Computer Aided Design)中，使用操作者自己积 累的图形构件管理办法、有限元数据读入程序方法能够快速创建有限元分析模型。该程序 能够根据空间自由曲面批量指定杆件截面转角。 本实施所采用的技术方案是：，有限元模型内 包含有节点、单元、荷载、边界条件，其中单元分为线单元、面单元和实体单元；在CAD软件 中通过拾取空间几何模型，结合图形构件管理办法使用有限元图形读入办法，快速的输出 有限元计算模型的前处理数据，根据空间自由曲面批量指定杆件截面转角，快速创建有限 元分析模型。 其中图形构件管理办法包括以下步骤： 步骤Al :结构图层数据组织；结构图层主要是为了区分土建设计中结构专业的工 作图层，该图层下建立两级子图层，第一级子图层为结构功能，用于区分结构功能或者区 域；第二级子图层用于存储结构构件模型信息； 步骤A2 :图层命名；图层的名称主要包含了功能性名称、构件类型名称、构件结构 信息编号和信息分割符号，组合命名格式为中文名_单元类别-材料编号-截面编号，其 中中文名、单元类别、材料编号和截面编号为有限元特定关键字，为特定的分隔符。 其中有限元图形读入办法包括以下步骤： 步骤BI:启用文件书写； 步骤B2 :选取导出物体； 步骤B3 :依次选取单个物体循环处理，并判断几何类型： 若是曲线，则继续判断是否是直线？若是直线，则书写杆件模块、提取几何信息、 提取图层结构信息和书写杆单元命令流；若不是直接，则报错记录书写； 若是曲面，则继续判断是否是低阶曲面？若是低阶曲面，则书写四点不共面的面 的翘曲面单元、提取几何信息、提取图层结构信息、书写面单元命令流；若不是低阶曲面，则 报错记录书写； 若是网格，则书写四点共面的平面面单元、提取几何信息、提取图层结构信息和书 写面单元命令流； 若是点，则书写荷载以及边界条件； 否则，报错记录书写； 步骤M :循环结束； 步骤B5 :结束书写文件； 步骤B6:打印错误报告。 其中空间自由曲面，是基于NURBS的空间任意曲面，曲面的任意点位置均可计算 曲面法相方向；请见图1，根据空间自由曲面批量指定杆件截面转角，其具体实现包括以下 步骤： 步骤Cl :获取杆件线；获取对应的起点、终点和中点； 对于获取的起点和终点，判断其连线是否其垂直于世界坐标轴XY平面：若是，则2 轴方向为y轴，3轴方向为X轴；若否，则2轴方向为1轴叉乘z轴，3轴方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间异形结构有限元建模方法，所述的有限元模型内包含有节点、单元、荷载、边界条件，其中单元分为线单元、面单元和实体单元；其特征在于：在CAD软件中通过拾取空间几何模型，结合图形构件管理办法使用有限元图形读入办法，快速的输出有限元计算模型的前处理数据，根据空间自由曲面批量指定杆件截面转角，快速创建有限元分析模型。

【技术特征摘要】
1. 一种空间异形结构有限元建模方法，所述的有限元模型内包含有节点、单元、荷载、 边界条件，其中单元分为线单元、面单元和实体单元；其特征在于：在CAD软件中通过拾取 空间几何模型，结合图形构件管理办法使用有限元图形读入办法，快速的输出有限元计算 模型的前处理数据，根据空间自由曲面批量指定杆件截面转角，快速创建有限元分析模型。2. 根据权利要求1所述的空间异形结构有限元建模方法，其特征在于：所述的图形构 件管理办法包括以下步骤： 步骤A1 :结构图层数据组织；结构图层主要是为了区分土建设计中结构专业的工作图 层，该图层下建立两级子图层，第一级子图层为结构功能，用于区分结构功能或者区域；第 二级子图层用于存储结构构件模型信息； 步骤A2 :图层命名；图层的名称主要包含了功能性名称、构件类型名称、构件结构信息 编号和信息分割符号，组合命名格式为中文名_单元类别-材料编号-截面编号，其中 中文名、单元类别、材料编号和截面编号为有限元特定关键字，为特定的分隔符。3. 根据权利要求1所述的空间异形结构有限元建模方法，其特征在于：所述的有限元 图形读入办法包括以下步骤： 步骤B1:启用文件书写； 步骤B2 :选取导出物体； 步骤B3 :依次选取单个物体循环处理，并判断几何类型： 若是曲线，则继续判断是否是直线？若是直线，则书写杆件模块、提取几何信息、提取 图层结构信息和书写杆单元命令流；若不是直接，则报错记录书写； 若是曲面，则继续判断是否是低阶曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：李厚民，王仪政，刘明，王雪，王熊珏，冯楚雪，戴杰吉，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42