CN102663188A - 一种基于参数化草图的三维结构建模和分析方法 - Google Patents

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熊胜华
李宣文
何涛
魏孔军
何文钦
陈振民
卢永昌
朱利翔
高月珍
谢正坚
杨锡鎏
陈继丹
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Abstract

本发明公开了一种基于参数化草图的三维结构建模和分析方法，属于三维结构建模技术领域，其技术要点包括下述步骤：(1)创建二维的草图模型，设置参数化约束，记录并保存模型及约束数据；(2)指定创建好的截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型的参数化定位点，同时保存该定位点的参数化点标识，定位参数以及坐标信息；(3)对草图模型进行约束完整性检查；然后通过对约束完整情况进行分析得到尺寸以及定位点参数方程；(4)利用保存在库中的截面几何草图模型通过实体造型操作建立构件的三维模型或者是利用机械荷载布局草图进行三维空间中机械类荷载的布置；本发明旨在提供一种步骤较简单、效率高的基于参数化草图的三维结构建模和分析方法；用于三维结构建模和分析。

Description

一种基于参数化草图的三维结构建模和分析方法
技术领域
本发明涉及一种结构建模和分析方法，更具体地说，尤其涉及一种利用用户自定义的参数化草图来构建三维结构模型和进行三维机械荷载布置的建模和分析方法。
背景技术
草图是与实体模型相关联的二维图形，一般作为三维实体模型的基础。该功能可以在三维草图空间中的任何一个平面内建立草图平面，并在该平面内绘制草图。大部分CAD设计软件中，在设计草图的时候需要建立相应的草图图层、草图平面以及工作平面等前期准备工作，因此前期的步骤较为繁琐，本发明采用的方法不用这些前期步骤，直接在一固定平面上进行草图建模。
另外在结构分析中，通过基于草图的参数化来进行的机械荷载的三维布局，这种技术在其他软件中是未曾出现的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种步骤简单、效率高的基于参数化草图的三维结构建模和分析方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一种基于参数化草图的三维结构建模和分析方法，其中该方法包括下述步骤：(1)按照工程中结构构件截面或者机械作用产生荷载的布局，创建二维的截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型，并且记录保存草图模型的图元，同时对草图模型的几何尺寸进行参数化标注；(2)指定创建好的截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型的参数化定位点，同时保存该定位点的参数化点标识，定位参数以及坐标信息；(3)对截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型进行约束完整性检查，约束指的是草图平面中几何元素对应关系的限制；然后通过对约束完整情况进行分析得到尺寸以及定位点参数方程；(4)利用保存在库中的截面几何草图模型通过实体造型操作建立构件的三维模型或者是利用机械荷载布局草图进行三维空间中机械类荷载的布置。
上述的一种基于参数化草图的三维结构建模和分析方法中，步骤(3)所述的约束完整性检查，包括对截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型图元约束与自由度的求解、比较两者数目并得出结论：约束度大于自由度时为过约束，约束度小于自由度时为少约束，过约束或是少约束时需要删除或添加约束以达到完全约束；约束度等于自由度时则为完全约束，可以求解。
上述的一种基于参数化草图的三维结构建模和分析方法中，步骤(3)所述的分析约束完整情况是指：利用记录保存的截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型的标注信息，分析标注，将标注自动转化为可利用直线方程求解的几何约束和尺寸约束，并依据截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型的点列表，分析点坐标，根据几何关系推出点的参数方程，同时依据截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型的图元列表，分析图元，推出图元尺寸的参数方程，最终将参数方程存储于截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型中。
本发明采用上述方法后，针对工程中不同截面类型构件，首先利用参数化截面草图建模，并且导入保存在截面库当中，然后利用该截面通过拉伸等三维造型操作来构建三维模型。同时参数化截面可以关联实际有限元计算采用的截面，方便后续的模型离散。同时针对工程结构计算分析尤其海港码头工程中多种的机械作用荷载，利用参数化草图进行平面布局建模，同时导入保存到机械类荷载作用库中，最终在三维空间中进行实际的机械荷载建模，方便三维模型中的荷载布置。通过参数化定位点，使得可以在一固定坐标系中建立草图模型，省去前期的繁琐步骤。进一步地，本发明的草图中可以通过几何约束和尺寸约束控制草图中的图形，可以实现与特征建模中同样的尺寸驱动，并可以方便地实现参数化建模。约束指的是草图平面中几何元素对应关系的限制，本发明技术给草图添加的几何约束都是通过自动分析的，用户只需人工添加尺寸驱动的参数化标注信息。利用建立的草图模型，在三维建模系统中输入相应的参数，通过实体造型工具进行拉伸、旋转、扫描等操作，创建与草图相关联的实体模型。
附图说明
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明参数化草图建模的流程图；
图2是本发明对草图文件进行约束分析的流程图；
图3是本发明实施例1的流程示意图；
图4是本发明实施你2的流程示意图。
具体实施方式
参阅图1和图2所示，本发明的一种基于参数化草图的三维结构建模和分析方法，该方法包括下述步骤：(1)按照工程中结构构件截面或者机械作用产生荷载的布局，创建二维的截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型，并且记录保存草图模型的图元，同时对草图模型的几何尺寸进行参数化标注，草图模型的图元例如是截面图元中的直线、矩形、圆、圆弧、椭圆、椭圆弧或是机械荷载图元中的单轮轮胎、双轮轮胎、支腿、前车钩、后车钩等；(2)指定创建好的截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型的参数化定位点，同时保存该定位点的参数化点标识，定位参数以及坐标信息；(3)对截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型进行约束完整性检查，约束指的是草图平面中几何元素对应关系的限制，如平行、相交、垂直、角度限定、位置限定等，相对应的几何元素只要其中一个有变化，另一个也会跟着变化也保持原有的关系；比如角度约束为30度的两条线，移动一条线时，另一条线也会自动移动以保持这两条线形成的角度为30度；又比如画一条平行线段时，移动线段一端，另一端也会自动移动保持该线段的平行；然后通过对约束完整情况进行分析得到尺寸以及定位点参数方程；(4)利用保存在库中的截面几何草图模型通过实体造型操作建立构件的三维模型或者是利用机械荷载布局草图进行三维空间中机械类荷载的布置。其中，步骤(3)所述的约束完整性检查，包括对截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型图元约束与自由度的求解、比较两者数目并得出结论：约束度大于自由度时为过约束，约束度小于自由度时为少约束，过约束或是少约束时需要删除或添加约束以达到完全约束；约束度等于自由度时则为完全约束，可以求解。步骤(3)所述的分析约束完整情况如图2所示，具体是指：利用记录保存的截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型的标注信息，分析标注，将标注自动转化为可利用直线方程求解的几何约束和尺寸约束，几何约束和尺寸约束主要是指水平尺寸约束、竖直尺寸约束及其他尺寸约束，例如半径约束、长短半轴约束等，并依据截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型的点列表，分析点坐标，根据几何关系推出点的参数方程，同时依据截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型的图元列表，分析图元，推出图元尺寸的参数方程，最终将参数方程存储于截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型中。图2中各步骤的具体含义是：
1、草图模型：记录草图中图元的几何信息及拓扑信息、各种标注的标注信息及各图元的参数求解方程等；
2、约束完整性类型：过约束、少约束和完全约束；
3、提取标注、标注列表：从草图模型中提取所有标注信息得到标注信息列表；
4、提取点、点列表：从草图模型中提取所有点信息得到坐标点信息列表；
5、提取图元、图元列表：从草图模型中提取所有图元得到图元信息列表；
6、分析标注：对标注列表中的数据进行分析；
6.1、水平尺寸约束：记录所有水平尺寸约束信息，包括起始X值、结束X值、长度参数方程；
6.2、竖直尺寸约束：记录所有竖直尺寸约束信息，包括起始Y值、结束Y值，长度参数方程；
6.3、未转化尺寸：记录半径约束、长短半轴约束等信息；
7、分析坐标点、点参数方程：分析坐标点后记录点的X向及Y向参数方程；
8、分析图元、图元尺寸方程：分析图元后记录由参数方程表示的图元尺寸信息。
实施例1
截面草图创建等截面梁
参阅图3所示，具体步骤为：(1)构造截面(π型截面)；(2)标注尺寸参数；(3)输入实际参数，具体如下表所示：
截面信息表表1
  参数   长度(m)
  bf1   24.000
  Sn   12.000
  hf1   3.000
  h   16.000
  b1   2.000
  h1   2.000
  b2   2.000
  h2   2.000
  b   2.000
  hf2   6.000
(4)构建完成实体模型。
实施例2
草图三维荷载布置
参阅图4所示，具体步骤为：(1)构造70t汽车起重机荷载布置图；(2)标注尺寸参数以及轮子标识；(3)记录实际参数(这里的轮压参数只是示意，实际情况根据规范)，具体如下表：
汽车起重机参数表表2
  几何参数   长度(m)   轮压参数   压力(N)
  b   6.160   A   90000.000
  c   1.895   B   23000.000
  n   2.850   C   301000.000
  f   1.550   D   160000.000
  m   4.300   M   10100.000
  q   1.350   E   10000.000
  d   2.390   F   10000.000
  e   2.520   G   10000.000
  a   7.300   H   10000.000
  g   2.280   I   10000.000
  K   10000.000
  L   10000.000
(4)构造三维实际荷载分布。

Claims (3)

1.一种基于参数化草图的三维结构建模和分析方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)按照工程中结构构件截面或者机械作用产生荷载的布局，创建二维的截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型，并且记录保存草图模型的图元，同时对草图模型的几何尺寸进行参数化标注；(2)指定创建好的截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型的参数化定位点，同时保存该定位点的参数化点标识，定位参数以及坐标信息；(3)对截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型进行约束完整性检查，约束指的是草图平面中几何元素对应关系的限制；然后通过对约束完整情况进行分析得到尺寸以及定位点参数方程；(4)利用保存在库中的截面几何草图模型通过实体造型操作建立构件的三维模型或者是利用机械荷载布局草图进行三维空间中机械类荷载的布置。
2.根据权利要求1所述的一种基于参数化草图的三维结构建模和分析方法，其特征在于，步骤(3)所述的约束完整性检查，包括对截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型图元约束与自由度的求解、比较两者数目并得出结论：约束度大于自由度时为过约束，约束度小于自由度时为少约束，过约束或是少约束时需要删除或添加约束以达到完全约束；约束度等于自由度时则为完全约束，可以求解。
3.根据权利要求1所述的一种基于参数化草图的三维结构建模和分析方法，其特征在于，步骤(3)所述的分析约束完整情况是指：利用记录保存的截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型的标注信息，分析标注，将标注自动转化为可利用直线方程求解的几何约束和尺寸约束，并依据截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型的点列表，分析点坐标，根据几何关系推出点的参数方程，同时依据截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型的图元列表，分析图元，推出图元尺寸的参数方程，最终将参数方程存储于截面几何草图模型或者机械荷载布局草图模型中。
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