一种基于Grasshopper的电缆参数化建模方法与流程

本发明涉及三维建模，尤其涉及一种基于grasshopper的电缆参数化建模方法。

背景技术：

1、电缆是供电系统和控制系统中的关键硬件设施之一。在各个领域，电缆都扮演着重要的角色，作为电力和控制信号传输的必要部件。针对电缆的仿真分析，可以有效地揭示电缆设计中的不合理之处，并对改进电缆设计以及分析电缆损伤特性具有重要意义。而要进行准确的仿真分析，必须首先精确构建电缆的三维模型，因此电缆三维模型的构建具有重要的工程意义。

2、然而，在现有技术中，主要采用基于控制离散点或基于弹性杆力学模型的电缆建模方法，这些方法存在着极其复杂繁琐的建模过程。而且，它们极大地简化了电缆结构，忽略了电缆导体制造工艺对其工作性能的影响。因此，这些方法并不能简单、高效、准确地对电缆进行参数化建模。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种基于grasshopper的电缆参数化建模方法，旨在简化建模过程，同时兼顾电缆结构的复杂性和制造工艺对工作性能的影响。该方法将能够实现对电缆进行准确三维模型构建，并为后续的仿真分析提供可靠的基础。本发明将对电缆设计与分析领域产生积极的影响，并为电缆的优化设计和性能提升提供有力支持。

2、一种基于grasshopper的电缆参数化建模方法，包括以下步骤：

3、步骤1：分析电缆结构，确定绞合层级，并根据电缆制造工艺确定每层级电缆结构参数；

4、所述电缆结构具体包括动力线芯导体、动力线芯绝缘层、地线芯导体、控制线芯导体、控制线芯绝缘层、控制线芯编织层、控制线芯包覆层以及外护套；

5、所述电缆结构参数包括电缆线芯数、线芯类别、尺寸、以及位置；

6、所述绞合层级包括一级绞合曲线至n级绞合曲线，一级绞合曲线为绕电缆轴线旋转的动力线中心线，二级绞合曲线为绕在一级绞合曲线的绞合线，n级绞合曲线为绕在n-1级绞合曲线的绞合线；

7、步骤2：构建出增加绞合线功能块、c#阵列功能块、编织层功能块、圆形扫掠功能块、异形截面扫掠功能块；

8、所述增加绞合线功能块用于，输入上一级绞合线并将上级绞合线离散化，在上一级绞合线离散点处建立法平面，新的一级绞合线离散点分布在法平面上，每个新的一级绞合线离散在相应法平面上的坐标为，其中r为新一级绞合线的绞合半径，l为法平面原点沿上一级绞合线距离上一级绞合线开始点的距离，l为新一级绞合线的节距，求解出新一级绞合线离散点后将离散点拟合成曲线所得到曲线即为新一级绞合线；

9、所述c#阵列功能块用于，输入目标数量、阵列目标绞合线的离散点集合和对应离散点所在的上一级绞合线法平面集合，将离散点在对应法上一级绞合线法平面上绕原点均匀圆周阵列目标数量次，获得m个点集每个点集由n个点构成，其中m为离散点数量，n为阵列目标数量，然后将整体点集输入到c#程序块处理后输出n个点集，每个点集由m个点构成，最后将n个点集分别拟合成曲线，获得n条曲线，完成阵列；

10、所述编织层功能块用于，输入编织层整体轴线，按照编织层节距和绞合半径构建出正向绞合线和反向绞合线并分别阵列得到所有绞合线，求出绞合线所有相交点，过每个交点向上一级绞合线作垂线每个垂足和每个交点构成一个方向向量，其中编织层由上下交错绞合方向相反的两层绞线组成，分别沿正方向绞合线和反方向绞合线将所得到的交点每隔一个点向此点对应方向向量正方向偏移r，r为编织层细丝的线半径，其余点向点对应方向向量反方向偏移r，分别将偏移后的点拟合成曲线获得一组上下交错的曲线即为编织层细丝的中心线；

11、所述圆形扫掠功能块和异形截面扫掠功能块通过绞合线扫掠出圆形和异形的曲面，其中圆形扫掠功能块直接通过建模工具“pipe”实现，异形截面扫掠功能块首先将输入曲线离散化，用每个离散点向输入曲线的上一级绞合线作垂线，每个垂足和对应离散点构成一个方向向量，过每个离散点以对应方向向量为y轴作法平面，然后将所需截面形状用点线方式绘制在每个法平面上，最后将每个法平面上的曲线通过loft工具拟合成曲面，完成异形曲面扫掠；

12、步骤3：根据步骤1获得的绞合层级和每层级电缆结构参数，利用增加绞合线功能块、c#阵列功能块、编织层功能块构建出逐层绘制出所有绞线的中心线；

13、步骤4：确定每一根绞线、绝缘层、和编织层的截面属性，根据每根绞线的中心线和截面属性利用圆形扫掠功能块、异形截面扫掠功能块分别绘制出每根绞线，完成电缆参数化建模；

14、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

15、本发明提供一种基于grasshopper的电缆参数化建模方法，能够高效地对电缆进行三维建模，并实现对电缆参数的控制。可以根据不同需求快速生成各种规格、尺寸和结构的电缆模型，极大地提高了建模的灵活性和效率。同时，由于方法中融入了制造工艺的信息，建模结果更加准确可靠，有助于优化电缆设计并提升其性能。本方法结合电缆制造工艺，根据电缆的绞线层级、绞合半径、外径等参数来确定电缆的各级绞合线。通过确定截面属性，利用各绞合线扫描出电缆的各部分，从而实现简单、高效、准确、且可参数化的对电缆进行三维建模。通过本发明的方法，电缆的绞合线等关键参数可以根据实际需求进行灵活调整，从而快速生成不同规格、尺寸和结构的电缆模型。这使得电缆建模过程更为高效和灵活，有助于满足不同应用场景的特定需求。

技术特征：

1.一种基于grasshopper的电缆参数化建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于grasshopper的电缆参数化建模方法，其特征在于，步骤1中所述电缆结构具体包括动力线芯导体、动力线芯绝缘层、地线芯导体、控制线芯导体、控制线芯绝缘层、控制线芯编织层、控制线芯包覆层以及外护套；

3.根据权利要求1所述的一种基于grasshopper的电缆参数化建模方法，其特征在于，步骤2中所述增加绞合线功能块用于，输入上一级绞合线并将上级绞合线离散化，在上一级绞合线离散点处建立法平面，新的一级绞合线离散点分布在法平面上，每个新的一级绞合线离散在相应法平面上的坐标为(u，v)＝(r*sin(l/l)，r*cos(l/l))，其中r为新一级绞合线的绞合半径，l为法平面原点沿上一级绞合线距离上一级绞合线开始点的距离，l为新一级绞合线的节距，求解出新一级绞合线离散点后将离散点拟合成曲线所得到曲线即为新一级绞合线。

4.根据权利要求1所述的一种基于grasshopper的电缆参数化建模方法，其特征在于，步骤2中所述c#阵列功能块用于，输入目标数量、阵列目标绞合线的离散点集合和对应离散点所在的上一级绞合线法平面集合，将离散点在对应法上一级绞合线法平面上绕原点均匀圆周阵列目标数量次，获得m个点集每个点集由n个点构成，其中m为离散点数量，n为阵列目标数量，然后将整体点集输入到c#程序块处理后输出n个点集，每个点集由m个点构成，最后将n个点集分别拟合成曲线，获得n条曲线，完成阵列。

5.根据权利要求1所述的一种基于grasshopper的电缆参数化建模方法，其特征在于，步骤2中所述编织层功能块用于，输入编织层整体轴线，按照编织层节距和绞合半径构建出正向绞合线和反向绞合线并分别阵列得到所有绞合线，求出绞合线所有相交点，过每个交点向上一级绞合线作垂线每个垂足和每个交点构成一个方向向量，其中编织层由上下交错绞合方向相反的两层绞线组成，分别沿正方向绞合线和反方向绞合线将所得到的交点每隔一个点向此点对应方向向量正方向偏移r，r为编织层细丝的线半径，其余点向点对应方向向量反方向偏移r，分别将偏移后的点拟合成曲线获得一组上下交错的曲线即为编织层细丝的中心线。

6.根据权利要求1所述的一种基于grasshopper的电缆参数化建模方法，其特征在于，步骤2中所述圆形扫掠功能块和异形截面扫掠功能块通过绞合线扫掠出圆形和异形的曲面，其中圆形扫掠功能块直接通过建模工具“pipe”实现，异形截面扫掠功能块首先将输入曲线离散化，用每个离散点向输入曲线的上一级绞合线作垂线，每个垂足和对应离散点构成一个方向向量，过每个离散点以对应方向向量为y轴作法平面，然后将所需截面形状用点线方式绘制在每个法平面上，最后将每个法平面上的曲线通过loft工具拟合成曲面，完成异形曲面扫掠。

技术总结
本发明提供一种基于Grasshopper的电缆参数化建模方法，涉及三维建模技术领域，本发明首先，通过对电缆结构进行分析并结合电缆制造工艺，确定电缆绞合层级与电缆的关键参数；接着，在Grasshopper内根据电缆的基础结构，建立出基本功能模块工具箱；最后，利用这些基本功能模块，根据电缆的关键参数建立出多级绞合线，并根据绞合线和截面参数分别构建出电缆的整体三维模型。该方法将能够实现对电缆进行准确三维模型构建，并为后续的仿真分析提供可靠的基础。本发明将对电缆设计与分析领域产生积极的影响，并为电缆的优化设计和性能提升提供有力支持。

技术研发人员：谢波,张天一,高峰,赵丽娟,董北林,刘子锋,朱成赞
受保护的技术使用者：山东充矿集团长龙电缆制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16