塔架三維實(shí)體幾何建模方法研究.pdf

1、通常在工程中，對(duì)于每種新設(shè)計(jì)的輸電塔架都需要輔以昂貴的真型試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其安全性。一個(gè)更經(jīng)濟(jì)的替代方案是使用有限元方法來(lái)對(duì)塔架進(jìn)行計(jì)算仿真。目前在工程上對(duì)塔架進(jìn)行有限元分析時(shí)，通常都是建立一個(gè)簡(jiǎn)化的模型進(jìn)行計(jì)算，比如采用二力桿或梁?jiǎn)卧獙?duì)構(gòu)件進(jìn)行離散，而將節(jié)點(diǎn)等效為鉸接或剛接。顯然，這樣的簡(jiǎn)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?jiǎn)卧蛘吡簡(jiǎn)卧c實(shí)體單元混合的方式對(duì)構(gòu)件進(jìn)行建模。但是由于塔架的實(shí)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(duì)塔架進(jìn)行準(zhǔn)確的實(shí)體建模還比較困難。
　　 為解決這一問(wèn)題，本文提出了一種基于圖紙的塔架實(shí)體幾何建模方法。該方法從塔架的線框模型和設(shè)計(jì)圖紙出發(fā)，依次經(jīng)過(guò)圖紙識(shí)別、結(jié)構(gòu)匹配、實(shí)體建模三個(gè)步驟，即可迅速建立起塔架的實(shí)體模型。
　　 圖紙識(shí)別即識(shí)別出設(shè)計(jì)圖紙中的梁構(gòu)件、螺栓、連接板。本文分別針對(duì)這些構(gòu)件在圖紙上的表現(xiàn)特征，提出了相應(yīng)的識(shí)別算法。對(duì)于梁的識(shí)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(duì)該算法進(jìn)行優(yōu)化；
　　 對(duì)于螺栓的識(shí)別提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的基于位置和半徑的判定方法；對(duì)于連接板的識(shí)別，提出了一個(gè)啟發(fā)式的識(shí)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(jìn)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(duì)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(duì)匹配種子

4、和一個(gè)投影基平面，然后通過(guò)一個(gè)廣度優(yōu)先的擴(kuò)散過(guò)程，完成整個(gè)結(jié)構(gòu)的匹配。
　　 實(shí)體建模即根據(jù)結(jié)構(gòu)匹配結(jié)果建立起實(shí)體梁構(gòu)件及連接板構(gòu)件。本文詳細(xì)討論了構(gòu)件的尺寸確定及構(gòu)件定位等問(wèn)題。在處理構(gòu)件之間的裝配時(shí)，本文提出了一個(gè)自動(dòng)對(duì)各構(gòu)件進(jìn)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(gè)完整的實(shí)體建模系統(tǒng)原型。經(jīng)過(guò)實(shí)例驗(yàn)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(shí)體模型。本文的研究成果可為進(jìn)一