CN111324921A - 一种基于Grasshopper的空间圆钢管相贯焊节点参数化建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Grasshopper的空间圆钢管相贯焊节点参数化建模方法，该方法包括以下步骤：1)根据节点各杆件的起始点坐标建立节点中轴线模型；2)将杆件中轴线按设定长度修剪后根据杆件截面尺寸生成圆管曲面模型；3)将圆管曲面模型按照以下步骤裁剪并去掉多余曲面后得到圆钢管相贯焊节点曲面模型；4)将圆钢管相贯焊节点曲面模型导入有限元分析软件对节点进行有限元分析，验证节点承载力。本发明方法提高了建模速度和准确性，为设计师计算分析圆钢管相贯焊节点提供了一套有效的建模方法。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构建模技术，尤其涉及一种基于Grasshopper的空间圆钢管相贯焊节点参数化建模方法。
背景技术
钢管结构是当前建筑中常常会选用的结构形式，其中相贯焊节点是常用的节点形式。在钢管结构设计中除了对整体钢结构进行计算分析外，常常还需对部分节点进行有限元分析，以验证节点承载力是否足够。以往设计人员常是在有限元分析软件中手动建立节点三维模型来进行计算分析，这种建模方式不仅建模速度慢、效率低，且当节点杆件较多时容易出错。
Grasshopper是基于Rhino平台运行的采用程序算法生成模型的参数化建模插件，通过输入、计算处理和输出的基本逻辑来进行建模。本发明方法采用Grasshopper软件编制钢管相贯节点参数化建模程序，通过输入圆管中轴线和截面尺寸来快速建立节点三维模型，然后将节点三维模型导入有限元分析软件中进行后续的计算分析操作，可大大提高节点三维模型的建模速度和准确性，提高设计效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于Grasshopper的空间圆钢管相贯焊节点参数化建模方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于Grasshopper的空间圆钢管相贯焊节点参数化建模方法，包括：
1)根据节点各杆件的起始点坐标建立节点中轴线模型；
2)将杆件中轴线按设定长度修剪后根据杆件截面尺寸生成圆管曲面模型；
3)将圆管曲面模型按照以下步骤裁剪并去掉多余曲面后得到圆钢管相贯焊节点曲面模型；
3.1)将圆管曲面模型中的圆钢管按照焊接安装的先后顺序进行排序，排第一位的为主管，其他各圆管依次为编号为支管1、支管2、……、支管n；
3.2)将主管指定为主曲面，支管1指定为次曲面；
3.3)用主曲面切割次曲面并去掉次曲面多余的部分(位于主曲面里面的部分)，然后用余下的次曲面切割主曲面得到大小两个部分，将大的部分标记为主曲面a，小的部分标记为曲面bi，将主曲面a与余下的次曲面部分组合成一个新曲面并指定为新的主曲面；然后按支管编号，将下一个支管指定为次曲面；其中，i为编号，与支管编号对应；
3.4)将余下支管按顺序依次执行步骤3.3)的操作，直至遍历所有的支管；
3.5)最终得到的主曲面和步骤3.3)中所有被标记为曲面bi的曲面共同组成圆钢管相贯焊节点曲面模型；
4)将圆钢管相贯焊节点曲面模型导入有限元分析软件对节点进行有限元分析，验证节点承载力。
按上述方案，所述步骤1)中根据节点各杆件的起始点坐标建立节点中轴线模型，是根据节点各杆件的起始点坐标用Grasshopper的建点和线的运算器模块生成线模型。
按上述方案，所述步骤2)中具体如下：
2.1)在节点中心处建立一个球曲面，球曲面的半径等于节点各杆件中最大杆件外直径的3～5倍且按500mm向上取整；
2.2)用球曲面切割杆件中轴线并去掉位于球曲面外侧的部分；
2.3)根据修剪后的中轴线和直径d利用Grasshopper的生成圆管运算器模块生成圆管曲面模型，所述直径d等于对应杆件截面尺寸的外直径减去壁厚。
按上述方案，所述步骤4)中通过.iges或.sat格式将参数化生成的圆钢管相贯焊节点曲面模型导入到有限元分析软件中得到有限元壳模型，然后对节点进行有限元分析，验证节点承载力。
本发明产生的有益效果是：本发明提供了一种基于Grasshopper的空间圆钢管相贯焊节点参数化建模方法，本方法以节点杆件中轴线起始点坐标和截面尺寸为输入参数，通过程序运算自动快速生成圆钢管相贯焊节点三维模型，将模型导入有限元分析软件后便得到有限元壳模型，可直接进行后续计算分析操作。本发明方法提高了建模速度和准确性，为设计师计算分析圆钢管相贯焊节点提供了一套有效的建模方法。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的方法流程图；
图2是本发明实施例的节点杆件中轴线；
图3是本发明实施例的圆管曲面模型；
图4是本发明实施例的圆管排序示意图；
图5是本发明实施例的主次曲面示意图；
图6是本发明实施例的圆钢管相贯焊节点曲面模型；
图7是本发明实施例的有限元壳模型。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供了一种基于Grasshopper的空间圆钢管相贯焊节点参数化建模方法，具体流程图如图1所示，详细步骤如下：
1)根据节点各杆件的起始点坐标建立节点中轴线模型，如图2所示；
2)以节点中心为圆心，1000mm为半径建立一个球面，用该球面切割杆件中轴线后去掉位于球面外侧的部分，然后在修剪后的轴轴线上根据对应的直径d生成圆管曲面模型(图3)，其中直径d等于对应杆件截面尺寸的外直径减去壁厚，如φ219x8的杆件的直径d等于211。
3)将图3中的圆管曲面按照一定规则裁剪并去掉多余曲面后得到圆钢管相贯焊节点曲面模型，具体如下：
3.1)将图3中的圆管曲面按照焊接安装的先后顺序进行排序，排第一位的为主管，其他各圆管依次为支管1、支管2、……、支管5，如图4所示。并将主管指定为主曲面，支管1指定为次曲面。
3.2)用主曲面切割次曲面并去掉次曲面多余的部分(位于主曲面里面的部分)，然后用余下的次曲面切割主曲面得到大小两个部分，将大的部分标记为主曲面a，小的部分标记为曲面bi(i＝1,2，…，5)，将主曲面a与余下的次曲面部分组合成一个新曲面并指定为新的主曲面；然后按支管编号，将下一个支管指定为次曲面；
3.3)将余下支管按顺序依次执行步骤3.2)的操作，直至遍历所有的支管；
3.4)最终得到的主曲面和上述步骤中所有被标记为主曲面b的曲面共同组成圆钢管相贯焊节点曲面模型，如图6所示。
4)将图5所示圆钢管相贯节点曲面模型以.iges格式导入有限元分析软件ABAQUS中得到有限元壳模型，如图7所示，根据此模型可进行后续计算分析操作，验证节点承载力。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于Grasshopper的空间圆钢管相贯焊节点参数化建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据节点各杆件的起始点坐标建立节点中轴线模型；
2)将杆件中轴线按设定长度修剪后根据杆件截面尺寸生成圆管曲面模型；
3)将圆管曲面模型按照以下步骤裁剪并去掉多余曲面后得到圆钢管相贯焊节点曲面模型；
3.1)将圆管曲面模型中的圆钢管按照焊接安装的先后顺序进行排序，排第一位的为主管，其他各圆管依次为编号为支管1、支管2、……、支管n；
3.2)将主管指定为主曲面，支管1指定为次曲面；
3.3)用主曲面切割次曲面并去掉次曲面多余的部分，所述次曲面多余的部分为次曲面位于主曲面内的部分；然后用余下的次曲面切割主曲面得到大小两个部分，将大的部分标记为主曲面a，小的部分标记为曲面bi，将主曲面a与余下的次曲面部分组合成一个新曲面并指定为新的主曲面；然后按支管编号，将下一个支管指定为次曲面；其中，i为编号，与支管编号对应；
3.4)将余下支管按顺序依次执行步骤3.3)的操作，直至遍历所有的支管；
3.5)最终得到的主曲面和步骤3.3)中所有被标记为曲面bi的曲面共同组成圆钢管相贯焊节点曲面模型；
4)将圆钢管相贯焊节点曲面模型导入有限元分析软件对节点进行有限元分析，验证节点承载力。
2.根据权利要求1所述的基于Grasshopper的空间圆钢管相贯焊节点参数化建模方法，其特征在于，所述步骤1)中根据节点各杆件的起始点坐标建立节点中轴线模型，是根据节点各杆件的起始点坐标用Grasshopper的建点和线的运算器模块生成线模型。
3.根据权利要求1所述的基于Grasshopper的空间圆钢管相贯焊节点参数化建模方法，其特征在于，所述步骤2)中具体如下：
2.1)在节点中心处建立一个球曲面，球曲面的半径等于节点各杆件中最大杆件外直径的3～5倍且按500mm向上取整；
2.2)用球曲面切割杆件中轴线并去掉位于球曲面外侧的部分；
2.3)根据修剪后的中轴线和直径d利用Grasshopper的生成圆管运算器模块生成圆管曲面模型，所述直径d等于对应杆件截面尺寸的外直径减去壁厚。
4.根据权利要求1所述的基于Grasshopper的空间圆钢管相贯焊节点参数化建模方法，其特征在于，所述步骤4)中通过.iges或.sat格式将参数化生成的圆钢管相贯焊节点曲面模型导入到有限元分析软件中得到有限元壳模型，然后对节点进行有限元分析，验证节点承载力。
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