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弯扭板件的深化设计系统的研发

2013/01/10 阅读:

作者:杨晖柱常治国满延磊王轩张其林单位:同济大学建筑工程系上海同磊土木工程技术有限公司

软件基本思路与组织结构

1基本思路

弯扭构件及其节点的细部构件都很复杂,而深化设计工作的特点与重点恰好能解决这些细节问题。虽然从整体上看,各个工程中的这些弯扭构件都是类似的,但它们的细节却往往大不一样,特别是节点细部构造的不同,进而导致在构件与节点层次上对象彼此不同,不能做到统一的软件参数化。软件要做到“通用”,则需要找到一个更一般性的、具有更强统一性的对象层次。基于这种思路,软件CTD的基本对象确定为“弯扭板件”。弯扭板件最基本的定义是其2条(组)长棱边线加板厚,如图1所示。任何截面形式及任何形状的弯扭构件都可以用弯扭板件拼组而成。多个弯扭板件可形成一个集合,即“构件宏”层次;任何弯扭构件的汇交节点都可以用弯扭板件拼组而成,“节点”的概念已经大大弱化甚至消失,只能被看做是一些板件的有序组合体。三维模型构件或节点中的弯扭板件可以被定义为一个组,用于向绘图程序传递构件组装与预拼装等集合信息,而零件图的核心内容即为基本对象“弯扭板件”的展开。

软件CTD的主要与基本操作功能都是围绕基本对象“弯扭板件”展开的,重点是弯扭板件的创建、编辑、定位及相关辅助线功能。软件在“构件宏”层次上的高级功能,在本质上属于提高软件的使用方便性与快捷性范畴。通过弯扭板件的组拼,可以实现各类弯扭构件及其复杂节点的三维建模。

2功能组织结构

软件CTD在AutoCAD2007/2008/2009平台上运行。软件有5个功能子模块,分别是轴线与辅助线、三维建模与编辑、模型显示辅助、编号与材料统计、图纸绘制与CNC输出。

软件主要功能

1轴线与辅助线

“轴线与辅助线”是建模时的模型定义线与定位参考线。该模块主功能是样条曲线的生成与编辑、样条曲线特征点的定位与查询,是针对弯扭板件/构件的几何特征,对AutoCAD原有命令的功能扩充。该模块还有2个显著的特色功能,一个是对于由样条曲线形成空间曲面曲格,计算节点处的曲面外法向量,即所谓的“节点外法向量”;另一个是给出弯扭板件棱边线的各种偏移参考线,这些参考线对建模定位非常有用。

2三维建模与编辑

该子模块的主要功能是弯扭板件与弯扭构件的建模与编辑,以及模型非几何特征属性的定义与查询。图2,3是生成弯扭构件的“宏命令”,本质上是根据轴线或棱边线计算每块弯扭构件的定义棱边线,生成弯扭构件的箱形截面的4块弯扭板,或H形截面的3块弯扭板。图4所示弯扭板件的创建与编辑/查询是最具通用性和灵活性的功能。使用该功能可以创建任何形状的弯扭构件及其节点板件。

图5,6所示的功能是创建箱形弯扭构件横向与纵向加劲肋,这是针对“宏构件”的“宏命令”。纵向加劲肋其实也是弯扭板件,图7的功能可在任何弯扭板件上设置纵向立板,此功能具有非常高的通用性与灵活性。

CTD提供构件连接耳板与吊装耳板等标准套件的参数化快捷建模与定位,图8是连接耳板的参数对话框。耳板零件本身很简单,这些功能最重要的作用是为了在展开图上自动标识出零件的安装位置。此外,软件的功能还包括:弯扭板件的剪切、合并以及不同方式的延伸、弯扭板件类型编辑(如上、下翼缘板等)、创建任意形状的平板、把AutoCAD的3DSolid平板模型转换为CTD平面板件对象,以及把CTD弯扭板件/构件模型转换为纯粹AutoCAD的面片模型等。

3模型显示辅助

软件CTD的模型显示辅助功能对于快速准确选择对象,以及查看区分不同模型对象带来使用上的便利(见图9)。

4编号与材料统计

该子模块完成构件/节点(组)的定义,预拼装单元的定义,构件/零件的自动与交互式编号,以及材料的净重统计。在CTD中,没有明确的构件与节点概念,它们都只是用弯扭板件拼成的一组集合体。

5自动绘图与CNC输出

软件根据模型自动绘制的图纸包括零件图(弯扭板件展开图)、构件图与预拼装图。自动输出的数据包括弯扭板件的平面套料坐标,成型后的三维坐标及安装定位坐标,关键控制点的距离检测值,材料统计图表等。坐标与距离等数据绘在图纸上,同时也输出为MicrosoftExcel表格文件。对图10的示例模型,软件自动绘制的部分图纸如图11所示。

典型实际工程应用

1上海2010世博会阳光谷钢结构(见图12)

世博轴工程中的“阳光谷”是单层曲面壳体钢结构,杆件截面均为矩形。由于要求由杆件拼成光滑的曲面,因而所有的汇交节点牛腿均出现不同程度的弯扭。汇交节点共有16000多个,且两两不同。CT-Detailing软件完成了阳光谷钢结构的全部深化设计工作,每套设计文件有80000多张图纸,近12GB的数控加工数据。工程全部完工后,证明图纸与数据的正确率为100%。

2深圳湾体育中心

深圳湾体育中心“春茧”钢结构是继“鸟巢”之后,国内又一大型弯扭构件钢结构工程。CT-De-tailing完成了曲面网壳中全部弯扭构件的深化设计工作(见图13)。

3螺旋人行道

在一些富有建筑特色的中小型钢结构工程中,弯扭构件可能会出现得更多。如图14所示,CT-Detailing完成了某类似螺旋形的人行道钢结构深化设计,螺旋道面宽2m,总高10m。

结语

1)定义弯扭板件为软件的基本对象,以宏或组的概念形成构件与节点的集合信息,从而实现从三维参数化建模到二维图纸自动绘制的功能。

2)软件的基本操作功能主要是围绕弯扭板件,从而实现任何弯扭构件与复杂节点的三维建模。

3)以弯扭板件作为基本对象,以弯扭板件的建模与编辑为基本操作,从而实现了该软件通用的基础。宏构件与宏命令等高级对象与操作功能提高了软件的使用效率与方便性。

4)与钢结构工程中的常规构件/节点形式相比,弯扭构件及其节点仍属非常新颖,肯定还会出现很多新的形式与构造。因此,软件CTD的进一步发展目标,一方面是纳入更多具有一般性的形式与构造,另一方面是提高已有功能的性能。

5)通过软件的架构调整与基本功能扩展,针对具体工程项目,能够快速实现基于CTD的项目定制。

弯扭板件的深化设计系统的研发

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