塔架三維實體幾何建模方法研究.pdf

1、通常在工程中，對于每種新設(shè)計的輸電塔架都需要輔以昂貴的真型試驗來驗證其安全性。一個更經(jīng)濟的替代方案是使用有限元方法來對塔架進行計算仿真。目前在工程上對塔架進行有限元分析時，通常都是建立一個簡化的模型進行計算，比如采用二力桿或梁單元對構(gòu)件進行離散，而將節(jié)點等效為鉸接或剛接。顯然，這樣的簡化模型難以準(zhǔn)確地反應(yīng)塔架的力學(xué)行為。為了提高輸電塔架的有限元分析的準(zhǔn)確性，應(yīng)該采用梁單元或者梁單元與實體單元混合的方式對構(gòu)件進行建模。但是由于塔架的實際模

2、型非常復(fù)雜，在現(xiàn)有的有限元前處理軟件中，要想對塔架進行準(zhǔn)確的實體建模還比較困難。
　　 為解決這一問題，本文提出了一種基于圖紙的塔架實體幾何建模方法。該方法從塔架的線框模型和設(shè)計圖紙出發(fā)，依次經(jīng)過圖紙識別、結(jié)構(gòu)匹配、實體建模三個步驟，即可迅速建立起塔架的實體模型。
　　 圖紙識別即識別出設(shè)計圖紙中的梁構(gòu)件、螺栓、連接板。本文分別針對這些構(gòu)件在圖紙上的表現(xiàn)特征，提出了相應(yīng)的識別算法。對于梁的識別提出了基于相關(guān)度的限制迭代搜

3、索算法，并提出一種復(fù)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Angle Tree以對該算法進行優(yōu)化；
　　 對于螺栓的識別提出了一個簡單的基于位置和半徑的判定方法；對于連接板的識別，提出了一個啟發(fā)式的識別算法，將可能位于同一連接板上的螺栓聚合成組，然后在這些螺栓組的鄰域內(nèi)進行連接板的搜尋。
　　 結(jié)構(gòu)匹配目的是將平面圖紙結(jié)構(gòu)與三維線框模型中相應(yīng)的子結(jié)構(gòu)建立起對應(yīng)關(guān)系。本文提出了一種基于近似編輯距離的容差結(jié)構(gòu)匹配算法。該算法首先需要用戶選擇一對匹配種子

4、和一個投影基平面，然后通過一個廣度優(yōu)先的擴散過程，完成整個結(jié)構(gòu)的匹配。
　　 實體建模即根據(jù)結(jié)構(gòu)匹配結(jié)果建立起實體梁構(gòu)件及連接板構(gòu)件。本文詳細討論了構(gòu)件的尺寸確定及構(gòu)件定位等問題。在處理構(gòu)件之間的裝配時，本文提出了一個自動對各構(gòu)件進行偏移，以避免發(fā)生碰撞干涉的廣度優(yōu)先算法。
　　 基于上述方法，本文建立了一個完整的實體建模系統(tǒng)原型。經(jīng)過實例驗證，本文所提出的方法能夠準(zhǔn)確快速的得到塔架的局部實體模型。本文的研究成果可為進一