CN117763877A - 基于plm平台的钢节点通用参数化建模方法和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法和存储介质，通过骨架线定位相交点，并以相交点作为复杂钢节点模板的特征原点，对骨架线进行定向化处理，结合特征原点和定向骨架线定义钢节点模板的局部坐标系，拆分构件并绘制参数化零件草图、占位草图、节点轮廓与警示特征，按规则实例化零件草图和占位草图，实现了基于多条输入直线、输入参数和规则快速生成复杂钢节点模型的功能。按本发明介绍的方法创建的模型适用性强，不被节点生成位置所限制，极大提高了在PLM平台上创建复杂钢节点的效率。本发明介绍的建模流程对其它复杂钢节点参数化模板也普遍适用，具有通用性。
Description
技术领域
本发明属于参数化模型创建技术领域，具体涉及基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法和存储介质。
背景技术
产品生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）是一种集成化的管理方法和技术，能对松散的组织架构进行有效的资源整合，能对产品全生命周期进行系统性管理。企业基于PLM平台能将产品从概念设计、工程制造、维护直至使用周期结束的所有数据管理起来。PLM平台包括产品数据管理模块、产品设计模块、产品制造模块等。产品设计模块中包含相应的计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）工具，CAD工具中内置的参数化建模技术可以运用于建筑领域。基于其强大的图形辅助编译功能，工程师可以实现参数驱动复杂结构的建模与调整。
钢结构是一种常见的建筑结构体系，具有强度高、施工周期短、耐久性好等优点。钢结构由钢构件和钢节点组成；钢构件主要为H型钢梁、箱型钢梁，钢构件的定位基于骨架线；钢节点的作用是将钢构件连接成为一个整体，是钢结构中的核心部件。钢节点的设计既需要考虑构件之间的受力情况，也需要考虑工厂制造、现场施工和后期维护的要求，节点的设计和制造质量直接影响钢结构安全性、稳定性和使用寿命。
现阶段主流PLM平台中没有复杂钢节点参数化模板相关内容，制约了PLM平台在建筑工程领域的推广运用。钢节点样式既受建筑工程师的美观准则也受结构工程师的安全准则制约；同时钢节点所处空间位置和所连接的钢构件都会对节点样式产生影响。综上可知，钢节点是典型的复杂组合构件，具有种类多、结构复杂、适用范围广的特点，现有PLM平台中并没有一套有效的复杂钢节点参数化模板创建方法，影响了工程师的建模效率与调整周期。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法和存储介质，用于在任意位置基于多条输入直线、输入参数和规则来快速创建出能在任意位置生成的复杂钢节点模板。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法和存储介质，包括以下步骤：
S1：基于至少两条相交的骨架线来定位相交点，并以相交点作为节点模板的特征原点；
S2：通过自定义规则对骨架线进行定向化处理，得到的定向骨架线的方向为由与特征原点较近端指向与特征原点较远端；
S3：结合特征原点和两条相交的定向骨架线所在的平面，基于右手螺旋法则定义出独立于大地坐标系且自封闭的节点模板局部坐标系；
S4：基于特征原点、定向骨架线和局部坐标系方向绘制零件草图和占位草图，并通过投影空间几何元素来约束草图中绘制的几何元素；
S5：按规则实例化零件草图得到零件实体、实例化占位草图得到占位实体，基于零件实体和占位实体形成节点模板。
按上述方案，所述的步骤S1中，骨架线包括第一骨架线和第二骨架线。
按上述方案，所述的步骤S2中，具体步骤为：
S21：比较骨架线的两端点与特征原点的距离远近，以近的端点为起点，以远的端点为终点；
S22：按起点至终点的顺序依次连接两端点，得到定向骨架线。
进一步的，所述的步骤S3中，具体步骤为：
S31：定义特征原点为局部坐标系的原点；两条相交的定向骨架线分别为由第一骨架线得到的第一定向骨架线和由第二骨架线得到的第二定向骨架线；
S32：定义第一定向骨架线为局部坐标系X轴；
S33：将第一定向骨架线按右手螺旋法则转向第二定向骨架线，定义局部坐标系Y轴；
S34：将局部坐标系X轴按右手螺旋法则转向局部坐标系Y轴，定义局部坐标系Z轴。
按上述方案，所述的步骤S4中，还包括步骤：
S40：根据节点中各个零件的空间关系将节点拆分成不同类型的节点零件。
按上述方案，所述的步骤S4中，绘制零件草图的具体步骤为：
S41：基于特征原点、定向骨架线和局部坐标系方向确定零件的草图定位点和草图参考平面；
S42：指定零件草图定位点为草图原点，在草图参考平面上创建零件草图，基于特征原点和定向骨架线校准草图坐标系的定位；
S43：通过投影定向骨架线约束零件草图中绘制的几何形状。
进一步的，所述的步骤S4中，绘制占位草图的具体步骤为：
S44：按步骤S41～S43绘制占位草图。
按上述方案，所述的步骤S4中，还绘制有节点轮廓与警示特征，用于描述节点模板在参数驱动下的形态变化；
节点轮廓用于体现节点样式的主要特征，并随节点样式的变化而变化；
警示特征在节点样式不满足设计和规范要求时激活，并直观的辅助节点设计。
按上述方案，所述的步骤S5中，具体步骤为：
S51：按规则实例化节点中的各零件；
S52：按规则实例化占位实体；对占位实体做布尔运算得到节点占位实体，通过占位实体定义节点和与它相连的构件间的连接关系，并做构件级别的布尔运算。
一种计算机存储介质，其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法和存储介质。
本发明的有益效果为：
1.本发明提供了基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法和存储介质，通过基于骨架线定位相交点，并以相交点作为复杂钢节点模板的特征原点，对骨架线进行定向化处理，结合特征原点和定向骨架线定义钢节点模板的局部坐标系，拆分零件并绘制参数化零件草图、占位草图、节点轮廓与警示特征，按规则实例化零件草图和占位草图，实现了基于多条输入直线、输入参数和规则快速生成复杂钢节点模型的功能。
2.本发明模型的适用性强，不被节点生成位置所限制；输入直线和参数规则都能驱动模型几何形状变化来适配不同桁架节点需求；模型轮廓和警示特征能辅助工程师直观快速的把握模型形态变化，便于模型调整，极大提高了在PLM平台上进行复杂钢结构建模的效率。
3.本发明以钢桁架连接节点为例，展示了参数化模板的创建步骤，给出的建模步骤能直接在其它桁架连接节点类型上复用，对其它复杂钢节点参数化模板也普遍适用，具有通用性。
附图说明
图1是本发明实施例的流程图。
图2是本发明实施例的桁架骨架线图。
图3是本发明实施例的骨架线与相交点定位图。
图4是本发明实施例的定向骨架线图。
图5是本发明实施例的局部坐标系定义图。
图6是本发明实施例的模型拆分图。
图7是本发明实施例的节点板详图。
图8是本发明实施例的占位实体及占位草图定位图。
图9是本发明实施例的第一节点轮廓图。
图10是本发明实施例的第二节点轮廓图。
图11是本发明实施例的警示特征图。
图12是本发明实施例的节点构件干涉的常规节点图。
图13是本发明实施例的节点构件干涉的常规节点构件干涉图。
图14是本发明实施例的节点构件干涉的警示节点图。
图15是本发明实施例的节点构件干涉的警示节点构件干涉图。
图16是本发明实施例的弦杆平移变体的常规节点图。
图17是本发明实施例的弦杆平移变体的下平移节点图。
图18是本发明实施例的弦杆平移变体的上平移节点图。
图19是本发明实施例的腹杆变体的常规节点图。
图20是本发明实施例的腹杆变体的腹杆尺寸变化节点图。
图21是本发明实施例的腹杆变体的腹杆类型变化节点图。
图22是本发明实施例的腹杆输入直线变体的常规节点图。
图23是本发明实施例的腹杆输入直线变体的斜腹杆输入直线变化节点图。
图24是本发明实施例的腹杆输入直线变体的直腹杆输入直线变化节点图。
图25是本发明实施例的其它钢节点类型的第一钢桁架节点类型图。
图26是本发明实施例的其它钢节点类型的第二钢桁架节点类型图。
图27是本发明实施例的其它钢节点类型的第三钢桁架节点类型图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，本发明的实施例采用基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法和存储介质，其实施过程基于一种PLM协同平台，包括以下步骤：
1）基于骨架线定位相交点，并以相交点作为复杂钢节点模板的特征原点，具体步骤为：
1.1）参见图2和图3，钢节点参数化模板的输入条件为表征钢节点相连构件定位特征的多条骨架线；参考桁架骨架线所表达的各构件空间定位关系，钢桁架节点模板的输入骨架线包括：直腹杆骨架线、第一弦杆骨架线、第二弦杆骨架线、第一斜腹杆骨架线、第二斜腹杆骨架线；
1.2）考虑到在实际工程中第一弦杆与第二弦杆的截面高度不一定相同，同时存在桁架上弦顶平和下弦底平的情形，参见图3，取直腹杆骨架线与第一斜腹杆骨架线或第二斜腹杆骨架线的相交点作为钢桁架节点模板相对稳定的特征原点，即钢桁架节点模板的特征原点为直腹杆骨架线与斜腹杆骨架线的相交点。
2）以第二弦杆骨架线为例，通过自定义规则对骨架线进行定向化处理，定向骨架线方向为与特征原点较近端指向与特征原点较远端；具体步骤为：
2.1）参见图4，编写脚本规则拾取第二弦杆骨架线的两端点，并比较两端点与特征原点的距离远近，以近的端点为起点，以远的端点为终点；
2.2）参见图4，按起点至终点的顺序依次连接两端点，得到第二弦杆定向骨架线；同理得到直腹杆定向骨架线、第一弦杆定向骨架线、第一斜腹杆定向骨架线、第二斜腹杆定向骨架线；
3）参见图5，结合特征原点和定向骨架线（直线）定义钢节点模板的局部坐标系，具体步骤为：
3.1）定义特征原点为局部坐标系的原点；
3.2）定义第二弦杆定向骨架线为局部坐标系X轴；
3.3）将第二弦杆定向骨架线按右手螺旋法则转向第二斜腹杆定向骨架线来定义局部坐标系Y轴；
3.4）将局部坐标系X轴按右手螺旋法则转向局部坐标系Y轴来定义局部坐标系Z轴；
基于定向后的骨架线创建钢节点模板的局部坐标系；钢节点模板的局部坐标系独立于大地坐标系，是一个自封闭的坐标系统；局部坐标系的定义方式能实现钢节点模板在不同位置处的生成。
4）拆分零件并绘制参数化零件草图、占位草图、节点轮廓与警示特征，具体步骤为：
4.1）参见图6，参考实际桁架连接节点中各零件的空间关系将钢节点拆分为节点板、水平节点板、竖直节点板、电渣焊等零件；
4.2）基于特征原点、定向骨架线和局部坐标系方向确定零件草图定位点和草图参考平面；参见图7，以节点板为例，取相交点为节点板草图定位点，结合相交点和局部坐标系Y轴方向确定节点板草图参考平面；
4.3）参见图7，在节点板草图参考平面上创建节点板草图，指定节点板草图定位点为草图原点，取局部坐标系X轴方向为草图H向，取局部坐标系Z轴方向为草图V向；基于特征原点和定向骨架线校准草图坐标系的定位。
4.4）参见图7，通过投影定向骨架线对节点板草图中绘制的节点板几何形状进行约束，以此保证输入条件驱动钢节点形状变化；
4.5）参考步骤4.2～4.4依次绘制出第一斜腹杆占位草图、第二斜腹杆占位草图、直腹杆占位草图、节点轮廓与警示特征；通过投影定向3D元素约束草图绘制的几何元素的相对位置，以保证输入条件驱动几何形状变化；如图8所示，占位草图的尺寸和定位由与钢节点相连构件尺寸和钢结构设计规范共同确定；如图9和图10所示，节点轮廓体现钢节点样式的主要特征，同时随节点样式变化而变化；如图11、图14和图15所示，当钢节点样式不满足设计和规范要求时，警示特征被激活，通过输出轮廓特征和警示特征描述模板在参数驱动下的形态变化。
5）按规则实例化零件草图和占位草图，具体步骤为：
5.1）参见图6，按规则实例化节点板、水平节点板、竖直节点板和电渣焊；
5.2）实例化直腹杆占位实体、第一斜腹杆占位实体、第二斜腹杆占位实体，并对各占位实体做布尔运算得到图8所示的节点占位实体；如图12～图15所示，展示了在常规和警示两种情况下的节点和构件间的剪切关系，通过占位实体来定义钢节点和与它相连的钢构件间的连接关系，并做构件级别的布尔运算。
实施例2
本实施例的原理与实施例1相同，其不同之处在于：还可以通过调整输入直线和参数来得到各种钢桁架连接节点的变体。如图16～图18所示，通过弦杆骨架线沿局部坐标Z轴平移驱动模板形态变化；如图19～图21所示，通过改变输入参数和规则驱动钢桁架连接节点适配腹杆的尺寸和类型的变化；如图22～图24所示，通过腹杆骨架线变化驱动模板形态变化；如图25～图27所示，本实施例的模板创建流程可直接在其它类型的钢桁架连接节点上复用，也普遍适用于其它复杂钢节点参数化模板的创建流程。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：基于复杂节点中至少两条相交的骨架线来定位相交点，并以相交点作为节点模板的特征原点；
S2：通过自定义规则对骨架线进行定向化处理，得到的定向骨架线的方向为由与特征原点较近端指向与特征原点较远端；
S3：结合特征原点和两条相交的定向骨架线所在的平面，基于右手螺旋法则定义出独立于大地坐标系且自封闭的节点模板局部坐标系；
S4：基于特征原点、定向骨架线和局部坐标系方向绘制零件草图和占位草图，并通过投影空间几何元素来约束草图中绘制的几何元素；
S5：按规则实例化零件草图得到零件实体、实例化占位草图得到占位实体，基于零件实体和占位实体形成节点模板。
2.根据权利要求1所述的基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法，其特征在于：所述的步骤S1中，骨架线包括第一骨架线和第二骨架线。
3.根据权利要求1所述的基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法，其特征在于：所述的步骤S2中，具体步骤为：
S21：比较骨架线的两端点与特征原点的距离远近，以近的端点为起点，以远的端点为终点；
S22：按起点至终点的顺序依次连接两端点，得到定向骨架线。
4.根据权利要求2或3所述的基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法，其特征在于：所述的步骤S3中，具体步骤为：
S31：定义特征原点为局部坐标系的原点；两条相交的定向骨架线分别为由第一骨架线得到的第一定向骨架线和由第二骨架线得到的第二定向骨架线；
S32：定义第一定向骨架线为局部坐标系X轴；
S33：将第一定向骨架线按右手螺旋法则转向第二定向骨架线，定义局部坐标系Y轴；
S34：将局部坐标系X轴按右手螺旋法则转向局部坐标系Y轴，定义局部坐标系Z轴。
5.根据权利要求1所述的基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法，其特征在于：所述的步骤S4中，还包括步骤：
S40：根据节点中各个零件的空间关系将节点拆分成不同类型的节点零件。
6.根据权利要求1所述的基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法，其特征在于：所述的步骤S4中，绘制零件草图的具体步骤为：
S41：基于特征原点、定向骨架线和局部坐标系方向确定零件的草图定位点和草图参考平面；
S42：指定零件草图定位点为草图原点，在草图参考平面上创建零件草图，基于特征原点和定向骨架线校准草图坐标系的定位；
S43：通过投影定向骨架线约束零件草图中绘制的几何形状。
7.根据权利要求6所述的基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法，其特征在于：所述的步骤S4中，绘制占位草图的具体步骤为：
S44：按步骤S41～S43绘制占位草图。
8.根据权利要求1所述的基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法，其特征在于：所述的步骤S4中，还绘制有节点轮廓与警示特征，用于描述节点模板在参数驱动下的形态变化；
节点轮廓用于体现节点样式的主要特征，并随节点样式的变化而变化；
警示特征在节点样式不满足设计和规范要求时激活，并直观的辅助节点设计。
9.根据权利要求1所述的基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法，其特征在于：所述的步骤S5中，具体步骤为：
S51：按规则实例化节点中的各零件；
S52：按规则实例化占位实体；对占位实体做布尔运算得到节点占位实体，通过占位实体定义节点和与它相连的构件间的连接关系，并做构件级别的布尔运算。
10.一种计算机存储介质，其特征在于：其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行如权利要求1至权利要求9中任意一项所述的基于PLM平台的钢节点通用参数化建模方法。
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