CN114595612B - 基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法及系统 - Google Patents

基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于土木工程技术领域，提供了基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法及系统，本发明对于结构的不同位置，通过控制网格模型的特征并进行分组，筛选节点路径的算法，以及存储节点路径，无需通过手动选取建立积分路径，适用于所有网格模型，快速得到大量积分路径，提高计算效率，为后续截面内力计算、配筋计算提供支持。

Description

基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法及系统
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，尤其涉及基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
目前在重大项目的设计中可以采用通用有限元软件建立大型三维实体模型进行分析，有限元软件中，对于三维实体单元模型可以直接计算得到应力，但是应力无法直接用于受力构件的配筋计算，对于结构不同位置，需要建立大量的积分路径，用公式将应力的结果转化为内力的结果，但是目前的建立积分路径是通过手动选取的，工作量十分巨大，效率低。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法及系统，其适用于所有网格模型，通过控制分组特征，和寻路的算法，快速得到大量积分路径，提高计算效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法，包括如下步骤：
基于待分析结构的实体单元的网格形式和划分规则，建立实体单元分析结构的有限元模型；
根据实体单元分析结构的有限元模型确定积分路径上节点的数量，根据积分路径上节点的数量对积分路径进行分组；
依据分组的结果，依次选择积分路径的起点，根据建立积分路径的原则，建立每一条积分路径，并将积分路径的起点和终点保存在数组中；
根据数组中积分路径的起点和终点，建立积分路径，通过数值积分得到积分路径所代表的构件的内力，并用于配筋计算
本发明的第二个方面提供基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算系统，包括：
网格模型控制模块，被配置为：基于待分析结构的实体单元的网格形式和划分规则，建立实体单元分析结构的有限元模型，获取控制网格模型的特征；
分组模块，被配置为：根据和划分规则确定积分路径上节点的数量，根据积分路径上节点的数量对积分路径进行分组；
节点路径寻路模块，被配置为：依据分组的结果，依次选择积分路径的起点，根据建立积分路径的原则，建立每一条积分路径，并将积分路径的起点和终点保存在数组中。
受力构件配筋计算模块，被配置为：根据数组中积分路径的起点和终点，建立积分路径，通过数值积分得到积分路径所代表的构件的内力，并用于配筋计算。
本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法中的步骤。
本发明的第四个方面提供一种计算机设备。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明对于结构的不同位置，通过控制网格模型的特征，并根拟建立积分路径上涉及的节点数量对拟建立的积分路径进行分组，最后找寻到积分路径的起点和终点，并自动批量建立积分路径的算法，可以快速得到大量积分路径，对于如核电厂预应力安全壳等大型三维模型，所需要建立的积分路径可能有几千条甚至上万条，本发明极大的提高了设计、计算的效率，为后续对三维模型所有受力构件代表截面进行内力计算、配筋计算提供了有力支持。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例一用于受力构件配筋计算的快速批量建立有限元实体单元积分路径的方法流程图；
图2为本发明实施例一薄壳结构的网格平面和积分路径示意图；
图3为本发明实施例一矩形体组合结构的网格和积分路径示意图；
图4为本发明实施例一环梁结构网格和积分路径示意图；
图5为本发明实施例一立方体网格形式示意图；
图6为本发明实施例一薄壳体局部网格形式示意图；
图7本发明实施例一A-A剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
如图1所示，本实施例提供基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法，包括如下步骤：
S101:基于待分析结构的三维实体单元的网格形式和划分实体单元的规则，建立三维实体单元分析结构的有限元模型；
S102:根据待分析结构的三维实体单元分析结构的有限元模型确定积分路径上节点的数量，根据积分路径上节点的数量对积分路径进行分组；
S103:根据分组的结果，依次选择积分路径的起点，根据建立积分路径的原则，建立每一条积分路径，并将积分路径的起点和终点保存在数组中。
S104:根据积分路径的起点和终点，建立积分路径，随后通过数值积分得到积分路径所代表的构件的内力，并用于配筋计算。
作为一种或多种实施例，S101中，所述三维实体单元，一般三维模型可以用四面体单元，五面体单元，六面体单元进行划分得到有限元模型，此处不作限制，具体根据实际需求设置。
作为一种或多种实施例，S101中，所述建立三维实体单元分析结构的有限元模型包括：
根据实体单元的网格形式确定积分路径方向和非积分路径方向；
根据网格尺寸的原则确定积分路径方向和非积分路径方向上的网格尺寸。
所述划分实体单元的规则为：积分路径方向上的网格尺寸应小于或接近非积分路径方向上的尺寸。
这样设置的目的是：避免出现非积分路径方向网格尺寸比积分路径上网格尺寸小很多的情况。
下面以立方体网格形式和旋转薄壳体网格形式为例加以阐述。
对于立方体网格形式，空间XYZ坐标方向如图5和图7所示，假定图示中Y向为积分路径方向，则X向网格尺寸和Z向网格尺寸须小于Y向网格尺寸。
对于旋转薄壳体网格形式，空间径向、环向和Z向坐标方向如图3和图4所示，假定图示中径向为积分路径方向，则环向网格尺寸和Z向网格尺寸须小于径向网格尺寸。
作为一种或多种实施例，S102中，所述根据待分析结构的三维实体单元分析结构的有限元模型确定积分路径上节点的数量，根据积分路径上节点的数量对积分路径进行分组包括：
根据所述积分路径上节点的数量确定积分路径时循环的次数；
根据积分路径时循环的次数，将起始节点作为集合，对拟建立的积分路径进行分组，积分路径上的节点数目和循环次数成正相关关系，即路径上节点少的循环次数少，节点多的循环次数多。对于图2立方体网格形式，以起始节点11为例，所在积分路径11→511建立时共经历11→111→211→311→411→511五次循环。
而起始节点12所在积分路径12→612建立时共经历12→112→212→312→412→512→612六次循环。
此时应按循环次数情况，将起始节点作为集合，进行分组。
对于图6旋转薄壳体网格形式，以起点节点21为例，所在积分路径12→521建立时共经历21→121→221→321→421→521五次循环。
而起点节点22所在积分路径22→622建立时共经历22→122→222→322→422→522→622六次循环。
此时应按循环次数情况，将起点作为集合，进行分组。
作为一种或多种实施例，S103中，根据分组的结果，依次选择积分路径的起点，建立每一条积分路径，具体包括：
以距目标点最小距离原则进行自动寻路，不断逼近至终点，根据积分路径方向上节点坐标变化趋势，得到每一步寻路所得点的坐标值。
其中寻路的次数即为所述积分路径建立时循环的次数。
为避免寻路方向上的错误，每一步寻路所得点的坐标值应符合积分路径方向上节点坐标变化趋势，如厚度方向为+Y方向，则应符合Y坐标增大的趋势。
以图5中情况为例，其分为2个组，先计算积分路径的起点节点11所在分组，包括：
1)根据所有节点的坐标关系，通过计算找到距离节点11最近的节点，由于积分路径方向上的网格尺寸要小于非积分路径上的尺寸，因此距离节点11最近的节点必然为节点111；
2)根据确定的分组和循环情况，积分路径11→511建立时须循环5次，第二次循环，寻找距离111最近的节点，根据计算可能的结果是节点11和211。按照图2中的情况，设定判断条件，所得点的坐标值应符合积分路径方向上节点坐标变化趋势，如图2中积分路径为沿厚度+Y方向，则应符合Y坐标增大的趋势，排除掉节点11。
3)依次类推，循环5次后找到节点511。将11和511作为积分路径的起点和终点保存到一个数组中。
再计算图5中节点12所在分组，步骤除循环次数外，与节点11所在组一致。
实施例二
本实施例提供基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算系统，包括：
网格模型控制模块，被配置为：基于待分析结构的实体单元的网格形式和划分规则，建立实体单元分析结构的有限元模型，获取控制网格模型的特征；
分组模块，被配置为：根据和划分规则确定积分路径上节点的数量，根据积分路径上节点的数量对积分路径进行分组；
节点路径寻路模块，被配置为：依据分组的结果，依次选择积分路径的起点，根据建立积分路径的原则，建立每一条积分路径，并将积分路径的起点和终点保存在数组中。
受力构件配筋计算模块，被配置为：根据数组中积分路径的起点和终点，建立积分路径，通过数值积分得到积分路径所代表的构件的内力，并用于配筋计算。
实施例三
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法中的步骤。
实施例四
本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
基于待分析结构的实体单元的网格形式和划分规则，建立实体单元分析结构的有限元模型；
根据实体单元分析结构的有限元模型确定积分路径上节点的数量，根据积分路径上节点的数量对积分路径进行分组；
依据分组的结果，依次选择积分路径的起点，根据建立积分路径的原则，建立每一条积分路径，并将积分路径的起点和终点保存在数组中；
根据数组中积分路径的起点和终点，建立积分路径，通过数值积分得到积分路径所代表的构件的内力，并用于配筋计算。
2.如权利要求1所述的基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法，其特征在于，所述基于待分析结构的实体单元的网格形式和划分规则，建立实体单元分析结构的有限元模型包括：
根据待分析结构实体单元的网格形式确定积分路径方向和非积分路径方向；
根据网格尺寸的原则确定积分路径方向和非积分路径方向上的网格尺寸；
基于积分路径方向和非积分路径方向上的网格尺寸构建实体单元分析结构的有限元模型。
3.如权利要求2所述的基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法，其特征在于，所述划分规则为：积分路径方向上的网格尺寸应小于或接近非积分路径方向上的尺寸。
4.如权利要求1所述的基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法，其特征在于，所述根据积分路径上节点的数量对积分路径进行分组包括：
根据所述积分路径上节点的数量确定积分路径时循环的次数；
根据积分路径时循环的次数，将起始节点作为集合，对拟建立的积分路径进行分组。
5.如权利要求1所述的基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法，其特征在于，所述建立积分路径的原则包括：
以积分路径的起点距目标点最小距离原则进行自动寻路，不断逼近至终点，根据积分路径方向上节点坐标变化趋势，得到每一步寻路所得点的坐标值。
6.如权利要求5所述的基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法，其特征在于，所述自动寻路中，寻路的次数即为积分路径建立时循环的次数。
7.如权利要求1所述的基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法，其特征在于，所述实体单元的网格形式包括立方体网格形式和旋转薄壳体网格形式。
8.基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算系统，其特征在于，包括：
网格模型控制模块，被配置为：基于待分析结构的实体单元的网格形式和划分规则，建立实体单元分析结构的有限元模型，获取控制网格模型的特征；
分组模块，被配置为：根据和划分规则确定积分路径上节点的数量，根据积分路径上节点的数量对积分路径进行分组；
节点路径寻路模块，被配置为：依据分组的结果，依次选择积分路径的起点，根据建立积分路径的原则，建立每一条积分路径，并将积分路径的起点和终点保存在数组中；
受力构件配筋计算模块，被配置为：根据数组中积分路径的起点和终点，建立积分路径，通过数值积分得到积分路径所代表的构件的内力，并用于配筋计算。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法中的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的基于实体单元积分路径的受力构件的配筋计算方法中的步骤。
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