CN105005666B - 一种建筑结构模型转化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑结构模型转化方法，用于建筑结构模型在不同有限元软件之间互相转化，包括步骤：S1：将源有限元软件中的源有限元模型转化为CAD模型；S2：将CAD模型转化为目标有限元软件中的目标有限元模型。与现有技术相比，本发明使得CAD文件成为各种有限元软件转化的中转站。由于目前有限元分析软件数据格式千差万别，而CAD文件格式相对标准统一，有限元软件之间两两转化的组合数量庞大，软件接口开发困难，而通过CAD文件来保存单元关键信息，以CAD转化可以大大减小需要的转化组合，降低开发难度。

Description

一种建筑结构模型转化方法

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域，尤其是涉及一种建筑结构模型转化方法。

背景技术

有限单元法是当今结构分析领域最重要的技术。经过几十年的发展，有限单元法已经相当成熟，出现了很多面向工程的可靠的商业软件，包括通用有限元软件(如ANSYS、ABAQUS)，土木工程领域专用有限元软件(如SAP2000、Midas)等，有限元模型存储了除几何信息外的构件单元属性，目前尚未形成统一的文件格式标准，市场上各种有限元分析软件的文件格式各不相同。有限元软件中通常集成了简单的建模方法，能够满足普通房屋的建模要求。

然而，类似于汽车从直线造型向更符合空气动力学、更优美的流线型进化，随着计算机辅助设计技术的发展，很多当代建筑的造型也出于形式或功能的需求变得越发复杂多样。这些具有复杂空间造型的结构不能用传统的建筑轴线的方法来描述，因而传统对照建筑图纸和轴线直接在有限元软件中建立线框模型进行分析的做法越发困难，在很多情况下甚至完全不可行。

由于有限元分析软件之间格式不统一，难以在多种有限元软件中进行转化，目前市场上虽有一些转化工具，如图2所示，但由于有限元软件众多，版本不一等原因，需要的转化器很多，转化的效果参差不齐。建筑信息模型(BIM)技术是未来一种可能的解决方案，但由于相应的计算机软硬件技术远未成熟，且大量工程设计人员对BIM技术还十分陌生。因此，需要一种方法，利用成熟的软硬件技术，通过便于设计人员理解掌握的途径，将关键的单元信息赋予几何模型，从而快速将建筑结构模型在不同的有限元软件之间进行转化的目的。

相对的，计算机辅助设计(CAD)是现代建筑设计技术的基石，设计人员可以利用CAD软件快速作出图形，并对其进行判断和修改，对图形进行编辑、放大、缩小、平移等图形数据加工工作。目前建筑行业常用的CAD软件有AutoCAD、Rhinoceros等，且大多数CAD软件支持一个统一的文件格式标准。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种建筑结构模型转化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种建筑结构模型转化方法，用于建筑结构模型在不同有限元软件之间互相转化，包括步骤：

S1：将源有限元软件中的源有限元模型转化为CAD模型；

S2：将CAD模型转化为目标有限元软件中的目标有限元模型。

所述CAD模型为三维模型。

所述步骤S1具体包括步骤：

S11：将源有限元模型中属性相同的单元归并为一个构件，以得到多个构件；

S12：在CAD文件中为每一个构件创建一个图层；

S13：根据每一个构件中单元的属性在对应图层中写入相应的图元，以得到CAD模型。

所述步骤S12中所创建图层的图层名由以下元素组成：

材料编号，用于表征对应构件内单元属性中的材料信息；

构件说明，用于表征对应构件的构件说明信息；

截面类型及尺寸，用于表征对应构件内单元属性中的截面信息及尺寸信息。

所述材料编号元素和构件说明元素之间，以及构件说明元素和截面类型及尺寸元素之间均用特殊符号隔开。

所述特殊符号为短横。

所述步骤S2具体包括步骤：

S21：扫描CAD模型中的图层，并将每一图层还原为对应的构件；

S22：根据对应图层的图层名，将构件转化为目标有限元软件下的单元；

S22：根据对应图层的图层名和图元，为构件中的单元添加单元属性，以得到目标有限元模型。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明使得CAD文件成为各种有限元软件转化的中转站。由于目前有限元分析软件数据格式千差万别，而CAD文件格式相对标准统一，有限元软件之间两两转化的组合数量庞大，软件接口开发困难，而通过CAD文件来保存单元关键信息，以CAD转化可以大大减小需要的转化组合，降低开发难度。

2)CAD模型为三维模型，可以降低与有限元模型之间的对接难度。

3)将材料信息和构件说明之类的无法再图元中表征的属性信息通过图层名来表征，可以方便地实现CAD模型向有限元模型之间的逆向转化。

附图说明

图1为本发明的主要步骤流程示意图；

图2所示为现有的不同有限元软件之间互相转化关系示意图；

图3为本发明下不同有限元软件之间互相转化关系示意图；

图4为本发明实例中的CAD模型示意图；

图5为本发明实例中的CAD模型的图层信息示意图；

图6为本发明实例中转化完成的SAP2000有限元模型示意图；

图7为本发明实例中转化完成的ANSYS12.0有限元模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种建筑结构模型转化方法，用于建筑结构模型在不同有限元软件之间互相转化，如图1所示，包括步骤：

S1：将源有限元软件中的源有限元模型转化为CAD模型，CAD模型为三维模型具体包括步骤：

S11：将源有限元模型中属性相同的单元归并为一个构件，以得到多个构件；

S12：在CAD文件中为每一个构件创建一个图层，

由于CAD模型存储的是几何图元(点、线、面、体)的信息，其图元中无法包含有限元模型中各单元的属性信息，虽然可以方便地将有限元模型转化为CAD模型，但是当结构工程师采用先在三维设计软件中建立结构的几何模型，再通过软件导入有限元软件中进行结构分析时，由于三维设计软件不存储单元信息，必须对通过人工的方法对导入有限元软件中的几何图元进行分类，并赋予单元属性。当设计对象是大型复杂结构，构件数量大，单元属性类型众多的时候，这种传统技术将耗费大量的人力和时间，不利于方案和初步设计阶段空间结构方案的反复修改。

为应对这一情况，采用通过图层名称为本不具有单元信息的CAD几何图元附加简化的关键单元信息，从而实现建筑结构模型从各种CAD软件到各种有限元分析软件的快速、自动化的转化，即所创建图层的图层名由以下元素组成：

材料编号，用于表征对应构件内单元属性中的材料信息；

构件说明，用于表征对应构件的构件说明信息；

截面类型及尺寸，用于表征对应构件内单元属性中的截面信息及尺寸信息。

材料编号元素和构件说明元素之间，以及构件说明元素和截面类型及尺寸元素之间均用特殊符号隔开，特殊符号可以为短横，也可以是其他符号，本实施例中选用短横。

具体的，本实施例选用的具体实施的图层信息规则为，CAD模型以dxf格式文件保存，其中除0层和Defpoints层外，所有图层的命名规则均为：

材料编号-构件说明-截面类型及尺寸

其中：

材料编号为数字，包含材料信息，0为C40混凝土，1为Q345钢，2为PE缆索。

构件说明为任意英文字符、阿拉伯数字及下划线的组合

截面类型和尺寸信息

H：H形截面，数字格式：高x宽x腹板厚x翼缘厚

B：方管，数字格式：高x宽x腹板厚x翼缘厚

R：实心矩形截面，数字格式：长x宽

O：圆管，数字格式：外径x壁厚

o：实心圆截面，数字格式：直径(注意符号为小写)

乘号为小写的英文字母x。

例如H400x200x10x20、O400x20。

S13：根据每一个构件中单元的属性中的节点坐标和连接关系在对应图层中写入相应的图元，以得到CAD模型。

例如杆单元、梁单元在CAD模型中对应直线，板壳单元在CAD模型中对应网格。

S2：将CAD模型转化为目标有限元软件中的目标有限元模型，具体包括步骤：

S21：扫描CAD模型中的图层，并将每一图层还原为对应的构件；

S22：根据对应图层的图层名，将构件转化为目标有限元软件下的单元；

S22：根据对应图层的图层名和图元，为构件中的单元添加单元属性，以得到目标有限元模型。

由于有限元模型中不能包含曲线，因此CAD模型转化为目标有限元软件中的目标有限元模型时，需要将曲线化为直线段构成的多段线，将多段线分割为单一直线，并且通过转换程序，根据CAD模型的图层，在有限元模型中建立相应属性的数据库。再通过转换程序，从CAD几何模型中读取线、面的信息，生成端点，根据连接关系形成相应的单元，这些过程在现有的CAD模型转化为有限元模型的技术中都已成熟，因此本申请文件不再详述。

因此如图3所示，只需要建立每个有限元软件的文件格式与CAD文件格式之间的转化规则，可以大大减小需要的转化组合，降低开发难度。

运用本发明方法，将CAD模型转化为目标有限元软件中的目标有限元模型，例如某体育建筑半室外训练房的平面投影为近似矩形，轴网正交布置，跨度52m，柱距7.5m，结构最高点标高15.500m。结构采用刚性骨架支承膜结构，其刚性骨架由14榀桁架组成，每榀桁架跨中设置一道张弦梁，柱底支承于混凝土基础上。

在三维CAD软件Rhinoceros中建立如图4所示的几何模型，并将不同构件按图层分类，如图5所示。集成本发明技术的转化软件Structure Analysis Bridge将几何模型转化为SAP2000中的分析模型和ANSYS软件中的分析命令流。

如图6和图7所示，分别得到转化完成的SAP2000有限元模型示意图和转话完成的ANSYS12.0有限元模型示意图。

Claims (6)

1.一种建筑结构模型转化方法，用于建筑结构模型在不同有限元软件之间互相转化，其特征在于，包括步骤：

S1：将源有限元软件中的源有限元模型转化为CAD模型，

S2：将CAD模型转化为目标有限元软件中的目标有限元模型；

所述步骤S1具体包括步骤：

S11：将源有限元模型中属性相同的单元归并为一个构件，以得到多个构件；

S12：在CAD文件中为每一个构件创建一个图层，

S13：根据每一个构件中单元的属性在对应图层中写入相应的图元，以得到CAD模型。

2.根据权利要求1所述的一种建筑结构模型转化方法，其特征在于，所述CAD模型为三维模型。

3.根据权利要求1所述的一种建筑结构模型转化方法，其特征在于，所述步骤S12中所创建图层的图层名由以下元素组成：

材料编号，用于表征对应构件内单元属性中的材料信息；

构件说明，用于表征对应构件的构件说明信息；

截面类型及尺寸，用于表征对应构件内单元属性中的截面信息及尺寸信息。

4.根据权利要求3所述的一种建筑结构模型转化方法，其特征在于，所述材料编号元素和构件说明元素之间，以及构件说明元素和截面类型及尺寸元素之间均用特殊符号隔开。

5.根据权利要求4所述的一种建筑结构模型转化方法，其特征在于，所述特殊符号为短横。

6.根据权利要求3所述的一种建筑结构模型转化方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括步骤：

S21：扫描CAD模型中的图层，并将每一图层还原为对应的构件；

S22：根据对应图层的图层名，将构件转化为目标有限元软件下的单元；

S22：根据对应图层的图层名和图元，为构件中的单元添加单元属性，以得到目标有限元模型。