本发明专利技术公开了一种薄壁构件的内部支撑布置方法及系统，包括：对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量；采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体；内部支撑富体量几何体包括薄壁构件几何体、生长几何体和内部支撑找形体，生长几何体用以连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体，形成力学通路；采用拓扑优化算法，对内部支撑富体量几何体中的内部支撑找形体进行拓扑优化找形，生成内部支撑优化体量；对内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；内部支撑构件包括杆状支撑构件和面状支撑构件。本发明专利技术能够最大程度维持薄壁构件的形体，同时生成充分发挥材料性能的内部支撑构件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑结构设计，具体涉及一种薄壁构件的内部支撑布置方法及系统。
技术介绍
1、对于建筑工程中的空心薄壁钢构件，内部支撑如加劲肋设置非常重要，关系到结构受力的合理传导和构件的局部稳定性。但对于异形构件，设计师很难用常规的垂直侧壁的方式去设计内部支撑构件的布置位置以及检验加劲肋布置的合理性。现有技术条件下，常用的拓扑优化方法是均为实体模型找形，难以在保留薄壁构件同时生成内部支撑构件。导致了设计师们大多采用简单的等间距布置方法，即没有严格的力学概念支撑，布置结果也偏于保守，导致材料浪费，无法充分发挥钢材受力性能。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是现有技术几乎为实体模型找形，难以在保留薄壁构件同时在薄壁构件里边生成内部支撑构件；进而导致了设计师们大多采用简单的等间距布置方法，即没有严格的力学概念支撑，布置结果也偏于保守，导致材料浪费，无法充分发挥钢材受力性能。
2、本专利技术目的在于提供一种薄壁构件的内部支撑布置方法及系统，首先对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量，确定薄壁构件空间实体；在此基础上采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体，进行拓扑优化找形计算，能够最大程度维持薄壁构件的形体，同时生成充分发挥材料性能的内部支撑构件。最后用薄壁支撑拓扑转化方法，完成满足工程需求的内部支撑建立。本专利技术能够最大程度维持薄壁构件的形体，同时生成充分发挥材料性能的内部支撑构件。
3、本专利技术通过下述技术方案实现：
4、第一方面，本专利技术提供了一种薄壁构件的内部支撑布置方法，该方法包括：
5、对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量；
6、采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体；内部支撑富体量几何体包括薄壁构件几何体、生长几何体和内部支撑找形体，生长几何体用以连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体，形成力学通路，以便优化找形；
7、采用常用的拓扑优化算法，对内部支撑富体量几何体中的内部支撑找形体进行拓扑优化找形，生成内部支撑优化体量；
8、对内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；内部支撑构件包括杆状支撑构件和面状支撑构件。
9、进一步地，对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量，包括：
10、对需要生成内部支撑的薄壁构件，建立薄壁构件模型；
11、将薄壁构件模型转换成封闭实体模型，作为薄壁构件的找形体量。
12、进一步地，采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体，包括：
13、步骤21：在找形体量中，建立隔形沟；隔形沟将封闭实体模型分为薄壁构件几何体和内部支撑找形体，隔绝后续拓扑优化计算时对薄壁构件原始形态的找形影响；
14、步骤22：进行薄壁杆状支撑生长几何体布置：根据工程需要，若需在薄壁构件内部布置杆状支撑，则在薄壁构件几何体布置生长点，并在生长点处生长出连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体的生长线路；生成线路跨越隔形沟，使得薄壁构件的力能够通过生长点以及生长线路得以传递的；内部支撑找形体能够直接根据薄壁构件受力情况进行材料优化；每个生长线路的厚度范围为2d~5d；生长线路之间的间距为5d~10d；d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；
15、步骤23：进行薄壁面状支撑生长几何体布置：根据工程需要，若需在薄壁构件内部布置面状支撑，则在薄壁构件几何体布置生长线，并在生长线处生长出连接薄壁构件几何体和内部支撑富体量几何体的生长环路；生成环路跨越隔形沟，使得薄壁构件的力能够通过生长线以及生长环路得以传递的；内部支撑富体量几何体能够直接根据薄壁构件受力情况进行材料优化，生成面状支撑；每个生长环路的厚度范围为2d~5d；生长环路之间的间距为5d~10d；d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；
16、步骤24：在以上步骤22、步骤23的生长点和/或生长线处布置薄壁构件几何体，用于后续步骤生成杆状支撑和面状支撑。
17、进一步地，在找形体量中，建立隔形沟，包括：
18、以薄壁构件内部边缘向内偏移一个构件细节尺度的距离，即为隔形沟；构件细节尺度d是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置。
19、进一步地，采用常用的拓扑优化算法，对内部支撑富体量几何体中的内部支撑找形体进行拓扑优化找形计算，生成内部支撑优化体量，包括：
20、步骤31：以薄壁构件的几何中心为圆心做球体，球体大小为能够刚好包裹住薄壁构件；
21、步骤32：在薄壁构件模型基础上进一步额外建立相邻构件模型，相邻构件模型的范围以超出步骤1所设置球体为准；
22、步骤33：求得步骤32的相邻构件模型与步骤31的球体之间产生的多个相交截面；
23、步骤34：在所求得的最大相交截面对应的薄壁构件处，设置支撑约束；该支撑约束沿薄壁构件均匀布置；
24、步骤35：除了最大相交截面对应的薄壁构件处，在所求得的其他相交截面对应的薄壁构件处均设置荷载，该荷载沿薄壁构件均匀布置；根据原有的薄壁构件计算模型，求得各个荷载大小相对关系，以其中最小的为基准载荷f，f取值通常为1~2；其他相交截面荷载大小为f*相对倍数关系；
25、步骤36：将内部支撑富体量几何体和步骤31至步骤35中的相关参数输入拓扑优化算法进行拓扑优化找形计算，得到内部支撑优化体量。
26、进一步地，对内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；包括：
27、采用杆状支撑生成方法生成杆状支撑，建立杆状支撑构件；杆状支撑生成方法具体为：
28、步骤41：选择保留的生长点；内部支撑优化体量中若生成点周围有较为粗壮的形体，且连接通路保留较为完整，则保留该生长点，作为实际的支撑与内部支撑相连处；
29、步骤42：从保留的生长点中任选两个保留的生长点pt1和pt2，分别作为起点和终点；
30、步骤43：提取内部支撑优化体量的网格点，作为路径点；
31、步骤44：以起点、终点以及路径点作为输入，采用空间最短路径算法，寻找在内部支撑优化体量中，pt1到pt2最短路径线，以此作为有效支撑的生成路径；其中，空间最短路径算法包括但不限于dijkstra算法，a*算法以及floyd算法。
32、步骤45：若需要生成圆柱体的杆状支撑，以k*d为直径，沿有效支撑生成线扫掠生成圆柱体，即为pt1-pt2的内部支撑构件；若需要生成方柱体的杆状支撑，以k*d为边长的正方形，沿有效支撑生成线扫掠生成方柱体，即为pt1-pt2的内部支撑构件；其中，k为形状控制参数，d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；
33、步骤46：对每个生成点，均进行一次步骤41至步骤45，生成所有杆状内部支撑构件；
34、步骤47：对所有杆状内部支撑构件进融合处理本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量，包括：
3.根据权利要求1所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，采用隔形沟和生长几何体处理所述找形体量，形成内部支撑富体量几何体，包括：
4.根据权利要求3所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，在所述找形体量中，建立隔形沟，包括：
5.根据权利要求1所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，采用拓扑优化算法，对所述内部支撑富体量几何体中的内部支撑找形体进行拓扑优化找形计算，生成内部支撑优化体量，包括：
6.根据权利要求1所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，对所述内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；包括：
7.根据权利要求6所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，对所述内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；还包括：
8.根据权利要求1所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，该方法还包括：根据所述内部支撑构件进行工程处理，包括：
9.一种薄壁构件的内部支撑布置系统，其特征在于，该系统使用如权利要求1至8中任一所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法；该系统包括：
10.根据权利要求9所述的一种薄壁构件的内部支撑布置系统，其特征在于，所述找形体量处理单元包括隔形沟建立子单元、薄壁杆状支撑生长几何体布置子单元、薄壁面状支撑生长几何体布置子单元和薄壁构件几何体布置子单元；
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【技术特征摘要】
1.一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量，包括：
3.根据权利要求1所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，采用隔形沟和生长几何体处理所述找形体量，形成内部支撑富体量几何体，包括：
4.根据权利要求3所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，在所述找形体量中，建立隔形沟，包括：
5.根据权利要求1所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，采用拓扑优化算法，对所述内部支撑富体量几何体中的内部支撑找形体进行拓扑优化找形计算，生成内部支撑优化体量，包括：
6.根据权利要求1所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵广坡，康永君，陈志强，钱方，叶波，王靖，陈荣锋，马可，黄扬，张润东，
申请(专利权)人：中国建筑西南设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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