CN106649981A - 针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法 - Google Patents

针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法 Download PDF

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杨金军
彭海阔
王志国
顾志悦
赵发刚
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Abstract

本发明提供了一种针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法，包括建立桁架结构对应的骨架模型，在骨架模型中定义桁架接头中心点坐标及依附中心点的局部参照坐标系；将上述接头中心点首尾连接，形成桁架结构对应的线框构型；定义参数化杆件模板并进行桁架杆件实体化建模和装配；基于接头中心点，将汇集于同一接头的杆件参数化截面几何信息导入接头三维模型后进行接头实体化建模和装配；当骨架中线框构型发生更改或接头中心点坐标更新时，桁架结构系统以自适应的方式进行重构或者重新创建、更新结构元件。本发明通过桁架结构骨架和参照一致性传递，以骨架和参数化杆件模板驱动的结构元件自适应创建和更新，确保桁架结构系统三维模型的独立性和稳定性。

Description

针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法
技术领域
本发明涉及卫星桁架结构技术领域，具体地，涉及一种针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法。
背景技术
随着卫星结构高承载能力和轻量化设计的发展需求日趋强烈，复合材料桁架结构因其空间开敞性能优、受运载包络尺寸限制少、易于进行在轨展开或装配等优点，且所形成的结构系统通常为高次超静定结构，能有效的承受多向多类型耦合载荷的能力，刚度和整体性较好，特别适合有大跨度甚至超大跨度安装需求的结构中应用。从应用范围上看，卫星结构中应用的桁架属于广义的桁架结构，包含狭义的桁架、刚架、梁或杆的组合结构等，其主体是由桁架杆件和桁架接头组成。随着桁架结构一体化成型工艺和大型桁架结构装配工艺的发展，各种结构形式的桁架结构在各类卫星结构系统中得到了越来越广泛的应用，且结构形式呈现大型化复杂化的发展趋势。
桁架结构三维设计建模是一个非常繁琐复杂的工作，其需要经过概念设计、初始设计和详细设计等多个阶段的迭代和修改，设计调整和修改工作量巨大，设计周期冗长。虽然传统设计建模方法能够实现桁架结构三维模型的设计创建，但随着卫星桁架结构的大型化复杂化的发展需求，桁架结构三维设计建模也面临着诸多挑战和困难，主要表现在：
(1)桁架结构系统的大型化发展使得结构元件数量迅速增加，三维模型设计建模的工作量呈显著放大的趋势。虽然，通常情况下桁架结构中存在大量相似元件，但传统的建模方式仍然只能逐个元件单独建模装配，缺乏针对相似元件的自适应快速建模的能力。
(2)桁架结构系统的复杂化趋势使得桁架内部连接关系日趋复杂，同一桁架接头上连接的桁架杆件越来越多，形成空间构型极其复杂的接头，进一步加大了桁架结构特别是接头的三维设计建模难度。
(3)桁架结构元件三维模型设计建模过程中存在着互为参照的关系，即桁架杆件需以连接接头为建模参照和装配参照，桁架接头各通榫头需以连接的各桁架杆件为建模参照和装配参照。而在实际设计建模过程中，这种互为参照的关系受人为因素影响较大，存在着一定的随意性和不确定性，桁架系统元件之间缺乏统一的参照和装配关系，使得桁架元件三维模型再生极易受到参照关系的影响而产生失败的可能。
(4)伴随着研制过程，桁架结构会随外部需求的变化而进行全局或局部的模型重构或更新。参照和装配关系复杂多样性，同时还会在桁架结构需要适应外部需求变化进行重构或更新时引起设计模型再生失败的可能，无法适应外部需求变化而进行结构系统的自适应更新，显著影响桁架结构系统模型的稳定性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法。
根据本发明提供的针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法，包括如下步骤：
步骤1：在桁架结构三维模型起始位置建立桁架结构对应的骨架模型，在骨架模型中根据整星布局坐标系定义接头中心点和依附上述中心点的局部参照坐标系；
步骤2：在骨架模型中，运用空间曲线将接头中心点首尾连接，形成桁架结构对应的线框构型；
步骤3：选取参数化杆件模板，在桁架结构装配模型下自动进行与步骤2中的线框构型对应的桁架杆件实体化建模，并按照依附中心点局部参照坐标系自行完成装配；
步骤4：以骨架模型中的接头中心点作为桁架接头三维模型的基础，将汇集于同一接头的杆件参数化截面几何信息导入桁架接头三维模型，自动进行桁架接头实体化建模和装配；
步骤5：当骨架中线框构型发生更改或桁架接头中心点坐标更新时，桁架结构系统以自适应的方式进行重构，或者重新创建、更新结构元件。
优选地，所述步骤1包括：在桁架结构三维模型中建立prt格式的对应桁架结构的骨架模型，根据整星布局坐标系定义骨架基础坐标系，基于该骨架基础坐标系定义桁架接头中心点坐标和依附中心点的局部参照坐标系；
所述桁架接头中心点坐标是指：在骨架模型中建立的与桁架接头几何中心相对应的通过空间坐标形式进行描述的空间几何点；
依附中心点的局部参照坐标系是指：在骨架模型中参照整星布局坐标系所建立的依附于桁架接头中心点坐标且与整星布局坐标系一致的局部参照坐标系。
优选地，所述步骤4包括：复制汇集于同一接头的杆件参数化截面几何并向接头三维模型发布，根据杆件曲线定义的延伸方向自动进行接头实体化建模，并按照局部参照坐标系自行完成装配。
优选地，所述步骤5中的卫星桁架结构元件包括三维模型形式的桁架杆件、桁架接头。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中通过构建桁架结构系统骨架以及线框构型，能够从根本上实现驱动三维模型的建立和更新，避免了建模过程中的人为因素影响。
2、本发明设置有参数化的杆件模板，有效的简化了杆件的创建方式，解决了桁架结构系统中大量相似杆件的自适应创建，便于桁架杆件自动创建。
3、本发明利用骨架中的线框构型定义的延伸方向，并结合接头中心点和参数化杆件截面几何信息，将接头和杆件的参照关系进一步固化为有限紧密关联，能够非常便利的进行桁架接头的自动创建和自适应更新。
4、本发明中的结构元件的创建是在系统装配模型中进行，无需进行额外的装配；此外，由骨架模型和线框构型定义，接头各通榫头均与杆件截面直接相关，结构元件的互为参照关系明确，避免参照混乱引起的模型再生失败。
5、本发明中接头中心点建立在骨架模型中，并采用坐标系进行定义，骨架模型中的线框构型定义了桁架杆件设计的空间位置需求以及杆件延伸方向，桁架杆件和接头的装配都采用坐标系装配的方式，将所有元件的创建和装配参照进行了规范和统一，便于后续根据外部需求进行桁架系统全局或局部的自适应更新，保证了桁架结构系统的稳定性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法简要流程图；
图2为本发明提供的针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法详细流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法，包括如下步骤：
步骤1：在桁架结构三维模型起始位置建立桁架结构对应的骨架模型，在骨架模型中根据整星布局坐标系定义接头中心点和依附上述中心点的局部参照坐标系；
步骤2：在骨架模型中，运用空间曲线将接头中心点首尾连接，形成桁架结构对应的线框构型；
步骤3：选取参数化杆件模板，在桁架结构装配模型下自动进行与步骤2中的线框构型对应的桁架杆件实体化建模，并按照依附中心点局部参照坐标系自行完成装配；
步骤4：以骨架模型中的接头中心点作为桁架接头三维模型的基础，将汇集于同一接头的杆件参数化截面几何信息导入桁架接头三维模型，自动进行桁架接头实体化建模和装配；
步骤5：当骨架中线框构型发生更改或桁架接头中心点坐标更新时，桁架结构系统以自适应的方式进行重构，或者重新创建、更新结构元件。
所述步骤1包括：在桁架结构三维模型中建立prt格式的对应桁架结构的骨架模型，根据整星布局坐标系定义骨架基础坐标系，基于该骨架基础坐标系定义桁架接头中心点坐标和依附中心点的局部参照坐标系；
所述桁架接头中心点坐标是指：在骨架模型中建立的与桁架接头几何中心相对应的通过空间坐标形式进行描述的空间几何点；
依附中心点的局部参照坐标系是指：在骨架模型中参照整星布局坐标系所建立的依附于桁架接头中心点坐标且与整星布局坐标系一致的局部参照坐标系。
所述步骤4包括：复制汇集于同一接头的杆件参数化截面几何并向接头三维模型发布，根据杆件曲线定义的延伸方向自动进行接头实体化建模，并按照局部参照坐标系自行完成装配。
所述步骤5中的卫星桁架结构元件包括三维模型形式的桁架杆件、桁架接头。
在桁架结构三维模型中建立桁架结构对应的骨架，在骨架中根据整星布局坐标系定义桁架接头中心点坐标和依附中心点的局部参照坐标系；运用空间曲线将骨架中的接头中心点首尾连接，形成桁架结构对应的线框构型；定义并选取合适的参数化杆件模板，在桁架结构装配模型下自动进行线框构型对应的桁架杆件实体化建模，并按照局部参照坐标系自行完成装配；以接头中心点为接头三维模型基础，通过复制几何和发布几何，将汇集于同一接头的杆件参数化截面几何信息导入接头模型，根据骨架中线框构型定义的延伸方向自动进行接头实体化建模，并按照局部参照坐标系自行完成装配；骨架线框构型发生更改或接头中心点坐标更新，桁架结构系统以自适应的方式进行系统重构或重新创建和更新结构元件。
具体实施步骤如下：
1)在空间桁架结构三维模型中建立桁架对应的骨架，根据整星布局坐标系定义接头中心点坐标和依附的参照坐标系；
2)运用空间曲线将骨架中的接头中心点首尾连接，形成桁架结构系统对应的线框构型；
3)定义参数化的杆件截面尺寸和长度的杆件模板，完成对骨架中各曲线对应桁架杆件自动创建和装配；
4)以接头中心点为基础，向汇集多个杆件的接头复制和发布截面几何信息，根据骨架模型中定义的延伸方向进行实体化，以自适应的方式创建和装配桁架接头。
具体地的操作过程：
1.建立桁架结构系统的骨架
在桁架系统三维模型中建立桁架对应的骨架模型(.prt格式)，根据整星布局坐标系在骨架模型中定义接头中心点坐标值，并在接头中心点处建立局部装配坐标系，将该局部坐标系与整星布局坐标系进行一致性处理，形成一致的接头中心点依附的参照坐标系；
2.建立桁架系统的线框构型
在前述骨架模型中，通过空间曲线将带有依附参照坐标系的接头中心点首尾连接，形成桁架结构对应的线框模型；同时，根据各杆件实际长度需求，对相应曲线表征的长度进行参数设置，在表征杆件实际首尾处建立依附于该曲线的空间点，表征杆件实体化模型的方向，建立与整星布局坐标系一致的局部装配坐标系，最终形成曲线表征杆件空间布局、首尾点距离表征杆件长度且带有依附参照坐标系的线框模型。
3.创建桁架杆件
对桁架杆件进行参数化定义，主要对杆件截面几何和长度进行参数定义；随后，在线框模型中选取表征杆件的曲线，根据实际杆件形状的需要，设定杆件模板，后续即可根据杆件曲线、杆件首尾指向和杆件曲线局部装配坐标系等，通过实体化特征完成杆件三维模型的自动创建和装配；
4.创建桁架接头
桁架接头以接头中心点为基础，通过复制交汇于接头的各杆件参数化截面几何并向接头三维模型发布，将这些截面几何信息导入接头模型，根据骨架模型中定义的杆件延伸方向进行接头三维模型实体化自动创建，形成接头基座和各通榫头模型，根据接头中心点局部装配坐标系进行装配。
5.桁架元件自适应更新
如果桁架结构元件需要进行全局或局部重构，则只需对接头中心点坐标或桁架杆件截面几何参数化重新定义，然后重复前述3、4两步，重新自动创建结构杆件和接头，装配关系不受前述变化影响，以自适应的方式完成结构元件的创建和更新。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：在桁架结构三维模型起始位置建立桁架结构对应的骨架模型，在骨架模型中根据整星布局坐标系定义接头中心点和依附上述中心点的局部参照坐标系；
步骤2：在骨架模型中，运用空间曲线将接头中心点首尾连接，形成桁架结构对应的线框构型；
步骤3：选取参数化杆件模板，在桁架结构装配模型下自动进行与步骤2中的线框构型对应的桁架杆件实体化建模，并按照依附中心点局部参照坐标系自行完成装配；
步骤4：以骨架模型中的接头中心点作为桁架接头三维模型的基础，将汇集于同一接头的杆件参数化截面几何信息导入桁架接头三维模型，自动进行桁架接头实体化建模和装配；
步骤5：当骨架中线框构型发生更改或桁架接头中心点坐标更新时，桁架结构系统以自适应的方式进行重构，或者重新创建、更新结构元件。
2.根据权利要求1所述的针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法，其特征在于，所述步骤1包括：在桁架结构三维模型中建立prt格式的对应桁架结构的骨架模型，根据整星布局坐标系定义骨架基础坐标系，基于该骨架基础坐标系定义桁架接头中心点坐标和依附中心点的局部参照坐标系；
所述桁架接头中心点坐标是指：在骨架模型中建立的与桁架接头几何中心相对应的通过空间坐标形式进行描述的空间几何点；
依附中心点的局部参照坐标系是指：在骨架模型中参照整星布局坐标系所建立的依附于桁架接头中心点坐标且与整星布局坐标系一致的局部参照坐标系。
3.根据权利要求1所述的针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法，其特征在于，所述步骤4包括：复制汇集于同一接头的杆件参数化截面几何并向接头三维模型发布，根据杆件曲线定义的延伸方向自动进行接头实体化建模，并按照局部参照坐标系自行完成装配。
4.根据权利要求1所述的针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法，其特征在于，所述步骤5中的卫星桁架结构元件包括三维模型形式的桁架杆件、桁架接头。
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