空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法

本发明涉及一种建筑结构数据分析方法，尤其涉及一种空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法。

背景技术：

1、空间网格结构是一种由多个节点和杆件组成的空间结构，具有轻质、高强、刚度大、形式多样等特点，广泛应用于建筑领域。空间网格结构的设计和分析需要考虑其几何形状、材料性能、载荷作用、连接方式等多方面的因素，其中有限元分析方法是一种常用的数值计算方法，可以对空间网格结构的受力性能、变形特征、稳定性能等进行精确的模拟和预测。有限元分析方法的基本思想是将复杂的连续体结构离散为有限个单元，然后根据单元之间的相互作用和边界条件，建立整个结构的方程组，并求解得到结构的各种响应。

2、目前的问题在于，

3、问题1：传统有限元软件(如abaqus、ansys)的参数化建模与分析一般需要基于python等编程语言，这对没有编程基础的建筑或土木专业研究人员和工程师而言非常困难；

4、问题2：传统有限元分析方法参数化设计平台与分析结果显示分离，任意参数的修改并不能实时反馈给设计人员，交互性差、设计效率不高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法，该参数化交互式有限元结构分析方法能为空间网格结构的设计人员提供参数化交互支持，从而有效提升了空间网格结构的设计效率。

2、为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法，所述参数化交互式有限元结构分析方法包括：

4、s1，针对空间网格结构参数化构建线性三维模型作为网格结构分析对象模型；

5、s2，基于网格结构分析对象模型，对空间网格结构进行参数化有限元建模，构建得出分析对象有限元模型；

6、s3，利用analysis nonlinear wip组件，来对分析对象有限元模型进行非线性分析，求解得出分析对象有限元模型的各种响应；

7、s4，根据分析对象有限元模型的响应结果，对网格结构分析对象模型的属性进行进一步的参数化调整，实现交互式建模与分析，然后重复执行步骤s2至s4，直至分析对象有限元模型的响应结果符合期望为止。

8、进一步地，步骤s3中还包括：将分析对象有限元模型的响应可视化显示。

9、进一步地，步骤s3中还包括：采用model view组件、nodal displacements组件、reaction forces组件、beam displacements组件或beam forcess组件来实现响应的可视化显示。

10、进一步地，步骤s2具体包括：

11、s21，对于网格结构分析对象模型中的每一个节点，建立各节点的局部坐标系；

12、s22，利用linetobeam组件，将网格结构分析对象模型中的所有线性杆件定义为梁单元杆件；

13、s23，利用cross sections组件和material组件分别定义梁单元杆件的截面几何形状和材料属性；

14、s24，设置空间网格结构的载荷类型和边界条件。

15、进一步地，所述载荷类型为重力载荷、点载荷、缺陷载荷、预张力载荷和温度载荷的任意组合；所述边界条件为两拱边支撑、两纵边支撑或全四边支撑。

16、进一步地，所述analysis nonlinear wip组件提供非线性分析方法来用于求解分析对象有限元模型的响应；

17、所述analysis nonlinear wip组件提供的非线性分析方法为动力松驰法、牛顿·拉夫森法或弧长法。

18、进一步地，所述响应包括空间网格结构的内力、弯矩、位移、应力和应变。

19、进一步地，所述参数化调整为改变网格结构分析对象模型的几何形状、拓扑结构、截面尺寸、材料属性、载荷大小或边界条件。

20、本发明的空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法，其是基于grasshopper的方法，由于该方法使用的是简洁的可视化图形代码程序，设计人员无需掌握任何传统文本代码语言，即可快速实现参数化有限元建模，从而解决了背景技术中提及的问题1：“没有编程基础的建筑或土木专业研究人员和工程师采用python等文本代码进行结构参数化建模与分析困难的问题”。

21、本发明的空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法，其中，rhino界面可视化有限元分析结果与grasshopper参数化有限元建模基于同一平台实时显示，改变任意输入参数对于最终结果的影响都可以实时反馈到设计人员，从而解决了背景技术中提及的问题2：“传统有限元分析方法参数化设计平台与分析结果显示分离，任意参数的修改并不能实时反馈给设计人员，交互性差、设计效率不高”。

技术特征：

1.一种空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法，其特征在于：所述参数化交互式有限元结构分析方法包括：

2.根据权利要求1所述空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法，其特征在于：步骤s3中还包括：将分析对象有限元模型的响应可视化显示。

3.根据权利要求2所述空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法，其特征在于：步骤s3中还包括：采用model view组件、nodal displacements组件、reaction forces组件、beam displacements组件或beam forcess组件来实现响应的可视化显示。

4.根据权利要求1所述空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法，其特征在于：步骤s2具体包括：

5.根据权利要求4所述空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法，其特征在于：所述载荷类型为重力载荷、点载荷、缺陷载荷、预张力载荷和温度载荷的任意组合；所述边界条件为两拱边支撑、两纵边支撑或全四边支撑。

6.根据权利要求1所述空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法，其特征在于：所述analysis nonlinear wip组件提供非线性分析方法来用于求解分析对象有限元模型的响应；

7.根据权利要求6所述空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法，其特征在于：所述响应包括空间网格结构的内力、弯矩、位移、应力和应变。

8.根据权利要求1所述空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法，其特征在于：所述参数化调整为改变网格结构分析对象模型的几何形状、拓扑结构、截面尺寸、材料属性、载荷大小或边界条件。

技术总结
本发明公开了一种空间网格结构的参数化交互式有限元结构分析方法。该参数化交互式有限元结构分析方法包括：S1，针对空间网格结构参数化构建网格结构分析对象模型；S2，参数化构建得出分析对象有限元模型；S3，利用Analysis Nonlinear WIP组件，来对分析对象有限元模型进行非线性分析，求解出分析对象有限元模型的各种响应；S4，根据响应结果对网格结构分析对象模型的属性进行的参数化调整，重复步骤S2至S4，直至分析对象有限元模型的响应结果符合期望。本发明的参数化交互式有限元结构分析方法可快速实现参数化有限元建模，并实时交互式分析，以便于交互式确定单元的形状、尺寸、材料、载荷节点位置等参数。

技术研发人员：陈满泰,左文康
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21