基于非均匀有理B样条的参数化金属结构空间弯扭构件建模技术.pdf
《基于非均匀有理B样条的参数化金属结构空间弯扭构件建模技术.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于非均匀有理B样条的参数化金属结构空间弯扭构件建模技术.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 15 卷 第 5 期2023 年 10 月Vol.15 No.5Oct.2023引言金属结构空间弯扭构件指轴线为空间曲线且截面绕轴线有扭转的金属结构构件。与普通构件类似,金属结构空间弯扭构件的建模是相关实际工程中的重要一环。例如,在基于 BIM 的结构深化设计中,对构件进行建模和深化是主要内容,三维模型正是深化设计的基础1。金属结构空间弯扭构件的建模较常规构件更复杂。弯扭构件中的板件多为空间曲面板件,其建模可能涉及空间曲线和复杂曲面的处理,较为困难2。针对这类构件,主流的商用建模软件和工程界现有的建模方式或无法完成建模,或在效率上仍有提升空间。一些如 Tekla 等主流 BIM 建模软件对
2、常规的构件有很好的支持,但无法直接通过输入空间曲线轴线、截面和截面方向的方式进行空间弯扭构件的三维实体模型建模3。一些如 Rhino、CAD 等通用三维建模软件对于复杂曲面有完善的支持,但此类软件并非 BIM类软件,不支持对于结构构件截面的参数化和工程所需的非几何信息的存储4,5。工程界现有主要的金属结构空间弯扭构件建模方式有两类:一是针对项目开发定制软件进行建模,二是结合 BIM 建模软件和通用三维建模软件实现建模。这两类方式的主要缺陷是效率较低。针对项目开发定制软件时间成本高、通用性差,综合效率较低。结合多款软件建模这一方法较为通用,如在阿尔及尔新机场、深圳当代艺术馆与城市规划展览馆项目中
3、,中建钢构通过结合 Rhino、CAD 的曲线功能和 Tekla 三角划分节点实现了金属结构空间弯扭构件的建模6,7。但这类方法建模和修改过程复杂、参数化程度低,效率较低。综合现有研究可知,当前金属结构空间弯扭构件建模技术尚不完善,主流的建模方式和软件存在以下缺陷:(1)不能处理空间曲线轴线、截面和截面方向的输入并输出实体模型,难以满足工程实际需求8;(2)参数化程度低。较低的参数化程度意味着在建模和修改过程中存在大量的重复建模,效率较低9;(3)缺少必要的非几何信息。缺少材料、编号和加工工艺等非几何信息的模型无法直接用于实际工程项目。基于非均匀有理 B 样条的参数化金属结构空间弯扭构件建模技
4、术苗庭郡苗庭郡1 1 张其林 张其林1,21,2 满延磊 满延磊1,21,2 赵宇超 赵宇超3 3(1.同济大学 土木工程学院,上海 200092;2.上海同磊土木工程技术有限公司,上海 200092;3.上海建工四建集团有限公司,上海 201103)【摘 要】【摘 要】针对金属结构空间弯扭构件的主流建模方式效率较低的问题,本文提出了基于非均匀有理 B 样条的参数化金属结构空间弯扭构件建模技术。本文设计了基于非均匀有理 B 样条的金属结构弯扭构件建模算法与程序架构,通过编程进行了软件实现。该技术具有以下特点:可以处理空间曲线轴线、截面和截面方向的输入并直接生成三维实体;支持参数化的建模与模型修
5、改;所建模型包含工程非几何信息。经分析与实际项目验证,该技术合理可行,能够使建模效率得到大幅提升。【关键词】【关键词】空间弯扭构件;三维实体建模;参数化;程序设计【中图分类号】【中图分类号】TU17 【文献标识码】【文献标识码】A 【文章编号】【文章编号】1674-7461(2023)05-0068-06【DOI】【DOI】10.16670/11-5823/tu.2023.05.12【基金项目】国家自然科学基金(编号:51738009)【第一作者】苗庭郡(1992-),男,在读硕士研究生,主要研究方向:土木工程信息技术。69基于非均匀有理 B 样条的参数化金属结构空间弯扭构件建模技术本文通过设
6、计金属结构空间弯扭构件建模算法和程序架构,提出了在上述方面有所改进的建模技术,通过软件编程和实际项目对技术的可用性和效率提升程度进行了验证。1 金属结构空间弯扭构件建模技术1.1 金属结构空间弯扭构件建模技术概述金属结构空间弯扭构件建模技术的特点是:可以处理空间曲线轴线、截面和截面方向的输入并直接生成三维实体;支持参数化的建模与模型修改;所建模型包含工程非几何信息。技术的核心是板件、构件的建模算法和模型的几何描述。板件、构件建模算法是参数化的。算法涵盖了从空间曲线轴线、截面和截面方向的输入到实体模型输出的所有步骤,用户无需处理建模细节,只要输入、调整参数即可实现对模型的建立、修改。同时,建模算
7、法也包含了非几何信息的输入与保存。输入参数的设计思路如下:首先,参数包含建模所需的必要信息,包括定义构件几何形态必需的参数和工程所需的材料等非几何信息;其次,参数在形式上参考主流 BIM 建模软件中常规构件的建模输入参数5,这样能使得技术的使用更加契合用户习惯,提高易用性。金属结构空间弯扭构件建模技术借助非均匀有理B 样条曲线曲面和实体的边界表示法实现了对复杂曲形构件实体的描述。非均匀有理 B 样条是一种对于曲线曲面的描述方法,此方法应用范围广、灵活易用,已经有一套成熟的曲面生成方法10。边界表示法即用面的并集来表示实体的方法。技术主要包含三个部分:板件建模、构件建模和附属零件建模。1.2 金
8、属结构空间弯扭板件建模算法金属结构空间弯扭板件建模算法的重点是处理板件边线输入并生成准确的实体模型。该算法的输入参数为边线、导线、厚度和非几何信息。其中,边线和导线的作用是控制板件的几何形态。边线为板长度方向上的两条边线,决定了板件在各处的宽度和板件整体空间形态;导线为两端点分别在两条边线上的数条直线段,决定了边线之间板件的曲面形态。板件生成算法首先将直线、圆弧、样条曲线等输入转换为非均匀有理 B 样条曲线以实现输入参数的统一11,然后借助双向曲线网格插值曲面技术12和实体的边界表示13实现实体模型的建立。板件建模算法的流程如图 1 所示,其中主要步骤的描述如图 2 所示,解释如下:(1)是以
9、非均匀有理 B 样条曲线的格式输入边线和导线。C 代表非均匀有理 B 样条曲线。如图 2(a)所示,kC 为两条次数 p的边线,控制点为kP;lC 为 s条 次 数 为 q 的 导 线,控 制 点 为lP。(),i pNu与(),j qNv是以 u 和 v 为参数的用来定义曲线的有理基函数,其中有理函数是由两个多项式的商表示的函数。边线和导线的具体定义如下。图 1 金属结构空间弯扭板件建模算法流程图图 1 金属结构空间弯扭板件建模算法流程图(2)利用双向曲线网格插值曲面技术得到板件上表面S:()()()()()()()()()()11,000012,ssllkkl klklktkS u vvu
10、uvuvu vu vT u v=+=+CCQLLS 由三个相对简单的曲面叠加而成,它们分别为1L、2L 和,l kQ。其中由输入曲线分别在u 和v 方向蒙皮可以得到曲面1L 和2L,通过对两组曲线的交点,l kQ插值可以得到曲面T。另外,S计算式中的()lu和()kv满足:(3)确定板件上表面曲面法向量n,如图2(b)图2(c)所示,沿法向量将曲面按照厚度参数挤出得到板件实体模型;70(4)板件实体模型与非几何信息绑定,如图 2(d)所示。(a)输入曲线 (b)生成曲面 (c)生成板件模型 (d)绑定非几何信息图 2 金属结构空间弯扭板件建模算法示意图图 2 金属结构空间弯扭板件建模算法示意图
11、1.3 金属结构空间弯扭构件建模算法金属结构空间弯扭构件建模算法的重点是自动调用板件建模算法以实现构件建模的参数化。其输入参数为轴线、截面、轴线起点终点处截面方向和非几何信息。构件由数个板件组成,因此,弯扭构件建模算法将输入参数转换为数组板件建模算法的参数,分别输入板件建模算法并将得到的数个板件实体模型组合以得到最终的构件实体模型,在整体上实现了参数化。本算法处理不同截面类型的输入的思路为:在技术中内置主要的几类基础截面与对应的参数,并支持自定义截面。基础截面和参数如箱型截面和与其对应的长、宽、翼缘厚度和腹板厚度参数。对于基础截面,算法通过简单计算即可得到表示截面中各个板件的参数。同时,算法允
12、许用户输入多组板件参数并储存为一个自定义截面。构件建模算法的流程如图 3 所示,其中主要步骤的描述如图 4 所示,解释如下:(1)将输入截面解析为数组参数,每组表示一块板,以箱型截面为例,等分构件轴线,如图4(a)(b)所示;(2)计算点组在轴线等分点局部坐标系处的位置,保证截面在等分点处于轴线垂直,如图 4(c)所示;(3)将同组点相连为直线段作为板件导线lC,由不同组同下标的点生边线 Ck,如图 4(d)所示;(4)将各组kC、lC、度和板件非几何信息输入到板件建模算法并输出数个板件模型,将得到的板件模型组合并与构件非几何信息绑定得到构件模型,如图 4(e)所示。图 3 金属结构空间弯扭构
13、件建模算法流程图图 3 金属结构空间弯扭构件建模算法流程图(a)解析截面 (b)等分轴线 (c)复制点组 (d)生成导线和边线 (e)生成板件实体并组合为构件图 4 金属结构空间弯扭构件建模算法示意图图 4 金属结构空间弯扭构件建模算法示意图1.4 附属零件的建模根据工程实际需求,建模技术中包含了吊装耳板和加劲板的建模。由于这两类板件均为平面板件,可以简单地由平面区域沿法向拉伸描述。附属零件建模的主要步骤为:由用户输入的参数生成带有非几何信息的零件实体,由用户输入的主体构件和在构件轴线上点选的位置生成零件的定位坐标。其中,吊装耳板的参数包括材料、板厚、宽度和孔径;加劲板的参数包括材料、板厚、透
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 均匀 有理 参数 金属结构 空间 构件 建模 技术
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。