CN119442777A 一种基于bim的高铁接触网弹性吊索及电连接预制加工方法 （中铁电气化局集团有限公司）

一种基于BIM的高铁接触网弹性吊索及电连本申请公开了一种基于BIM的高铁接触网弹立目标工程的初始弹性吊索BIM模型；通过网格2收集不同类型高铁接触网弹性吊索的设计参数和加工数据2.根据权利要求1所述的基于BIM的高铁接将初始弹性吊索BIM模型中的恒载信息和活载信息分别映射为恒载数据和活载数据；将静力荷载数据按弧长法离散为多个增量步数据；获取弹性吊索对每一个增量步数据，采用Newton_Raphson迭代格式，在第一次数据，代入切线刚度矩阵，形成切线刚度方程；在后续迭代时提取位移增量数据，代入3.根据权利要求2所述的基于BIM的高铁提取初始有限元分析模型的单元应力数据和单元应变数据，将单元应力3应力数据和单元应变数据输入secant刚度矩阵，得到第二次迭代的secant刚度矩阵数据；基于第一次迭代的节点位移数据和第二次迭代的节点位4.根据权利要求3所述的基于BIM的高铁接触网弹性吊将当前增量步的弧长增量数据和上一次迭代的节点位移数据作为输将位移增量方向修正系数与当前增量步的位移增量分量数将修正后的位移增量分量代入secant刚度矩阵，求解5.根据权利要求2所述的基于BIM的高铁根据项目工程所在地区的烈度和场地类别，从地震波数据库中选择将模拟地震波数据转化为节点荷载时程数据，施加在初始有限元根据每一时间步的节点位移数据，采用应变位移关系式计算单6.根据权利要求5所述的基于BIM的高铁接触网将模拟地震波数据与弹性吊索质量矩阵相乘，转化为节点荷载时程在初始有限元分析模型中引入瑞利阻尼矩阵，建立包含弹性吊索刚度4采用中心差分格式对动力平衡方程中的节点位移、节点速度和节在第二时间步，根据上一时间步求得的节点位移数据，利用应将上一步求得的节点速度代入阻尼力表达式，计算当前时间步的阻7.根据权利要求6所述的基于BIM的高铁根据静力荷载工况下的弹性吊索响应数据和地震作用响应特征的包络面数据；利用包络面数据更新初始弹性吊索BIM模型中的弹性吊索单元的属性参数输入KS聚合函数，通过P范数形式的聚合方程将局部应力约束转化为全局应力约采用MMA优化准则对弹性吊索的弹性吊索布置密度进行敏度分析，基于目标函数和约利用最优弹性吊索布置方案更新弹性吊索单元的应变能密度数据和Mises应力属性参判断当前迭代步的目标函数值与上一步的目标函数值之差是否小于收敛阈值，如果5将最终的弹性吊索布置方案离散化为弹性吊索的几何信息，利用集8.根据权利要求7所述的基于BIM的高铁接触将更新后的弹性吊索单元的应变能密度属性参数输入SIMP插值模将更新后的弹性吊索单元的Mises应力属性参数输入KS聚合函数，通过对性参数进行P范数形式的聚合运算，将反映弹性吊索局部应力水平的应力约束转化为反映采用启发式优化算法对建立的数学模型进行迭代求解，得到当前迭代9.根据权利要求8所述的基于BIM的高铁接触网;为第i个单元的体积，P;为第i个单元的相对密度即弹性吊索布置密度，取值范围为0到1，10.根据权利要求9所述的基于BIM的高铁接触网弹性吊索及电连接预制加工方法，其;6[0001]本申请涉及弹性吊索加工领域，特别涉及一种基于BIM的高铁接触网弹性吊索及这不仅是顺应信息化发展趋势的必然选择，也是推动高铁技术进步和产业升级的重要举[0004]弹性吊索是接触网的关键部件之一，对保证接触网几何形状和动态性能至关重于BIM的高铁接触网弹性吊索及电连接预制加工方法，通过静力和动力分析评估弹性吊索7据；将更新后的单元应力数据和单元应变数据输入secant刚度矩阵，得到第二次迭代的量分量数据和secant刚度矩阵数据代入secant刚度矩阵，求解第二次迭代的节点位移数8据更新初始弹性吊索BIM模型中的弹性吊索单元的应力应变属性；以弹性吊索的应变能密索的Mises应力分布为约束条件；将弹性吊索单元的Mises应力属性参数输入KS聚合函数，9方案；利用最优弹性吊索布置方案更新弹性吊索单元的应变能密度数据和Mises应力属性水平的应力约束转化为反映弹性吊索整体应力水平的全局应力约束方程，得到violation吊索布置方案向离散化方向优化，通常取值为3，U(p)为修正后的单元应变能密度；U(p)=p"×u，式中，U,为单元的初始应变能密度。[0016]进一步的，优化约束函数表达式如下其虑超出许用应力限值的应力值对violation[0021]将拓扑优化得到的弹性吊索布置方案反馈到BIM模型中，通过参数驱动更新弹性[0022]图1是根据本申请的一种基于BIM的高铁接触网弹性吊索及电连接预制加工方法[0027]图1是根据本申请的一种基于BIM的高铁接触网弹性吊索及电连接预制加工方法[0028]收集不同类型高铁接触网弹性吊索的设计参数和加工数据，建立包含几何参数、[0029]采用本体构建方法，定义高铁接触网弹性吊索及电连接设计制造领域的核心概数数据映射到本体模型中，建立起语义层面的参数关联。同时考虑参数间的耦合关系和约选择和热处理工艺的映射关系。将本体化的设计制造知识形式化表示为知识库。可采用框行可视化检查，确认网格质量和材料属性映射的正确性。输出中性格式的有限元模型文件[0035]图2是根据本申请的获取静力载荷弹性吊索响应数据的示例性流程图，将初始弹性吊索BIM模型中的荷载信息映射为有限元模型的静力荷载数据，并采用弧长法和割线法始有限元分析模型中提取单元应力数据o;和单元应变数据。假设弹性吊索采用四节点单元e的切线刚度矩阵。设单元节点坐标为(,)增量步的切线刚度矩阵数据kr。移矩阵。通过弹塑性本构方程，如Mises屈服准则和相关流动法则，更新单元的应力增量形成新的节点位移增量方程组求解上述方程组，得到第二次迭代的节点,计算两次迭代的位移差分Add:采用欧几里德范数，将其与[0041]在Newton_Raphson迭代格式的基础上，引入能量准则对位移增量的方向进行修的位移收敛。将当前增量步的弧长增量数据和上一次迭代的节点位移数据u}作为输求解当前迭代次的节点位移数据u}判断节点位移u}的收敛性，[0042]在全部增量步计算完成后，提取弹性吊索变形破坏模式特征点并形成响应数应力超过临界屈曲应力，则确定该单元为屈曲失稳点。可根据欧拉屈曲公式计到弹性吊索的薄弱部位分布。计算各类特征点坐标的均值和标准差[0044]图3是根据本申请的获取地震作用下的时程曲线的示例性流程图，根据场地条件；对原始地震波进行基线校正，得到校正后的加速度时程：率和以及对应的阻尼比:和:求得阻尼比ξ一瑞利阻尼矩阵[C]代入动力平衡方程，得到描述地震作用下弹性吊索响应的二阶常微分方u}At的选取要满足积分稳定性和收敛性条件，一般取为弹性吊索周期的1/10~1/20，即：。周期7,可由弹性吊索的一阶固有频率估算可通过瑞利商迭[0049]通过Newmark参数β和γ对动力平衡方程进行积分稳定性。将Newmark迭代关系式代入动力平衡方程，整理得其中，,称[A]为载为，代入Newmark有效载荷向量代入点速度和节点位移。在第二时"-[Dle"；将单元应力分解为等效节点力，有se为单元e的空间域。对全部单元进行单元等效节点力组集，得到计算当前时间步的阻尼力增量。弹性吊索在时刻的阻尼力为将与[0051]进一步代入Newmark有效刚度方程和有效载荷向量，得其中，的节点加速度。可采用直接法或迭代法求解，如LU分解、Pardisosolver等。再由由度而成。由通过应变位移关系矩阵转化为单元应变j(")-,F-o,索在Ļ时刻的节点等效力组装过程类似于有限元静力分析中的总成矩阵形式得到反映弹性吊索在荷载组合作用下响应特征的包络面数据。对节点位移包络面，示可变荷载下的单元应力；表示风荷载下的单元应力；[ol[ol[olss分别表示多em应变时程的峰值点连线斜率以上屈服强度O,和割线刚度E:的更新，使BIM索单元的应力应变关系能反映荷载组合作用下材料的强度退化和刚度退化，提高了BIM模型的精度。型，提取弹性吊索有限元模型中各单元的初始应变能密度uo和体积。初始应变能密度没有布置弹性吊索；当p,=1时，表示单元i中布置实体弹性吊索。采用SIMP（Solid[0060]建立弹性吊索总应变能最小化的优化目标函数其将单元应力函数。,(p)聚合为violation函数G(p)其力区域。当全弹性吊索应力水平低于许用值时，G(p)≤0；反之，G(o)>0。因此，选取。建立弹性吊索混凝土弹性吊索拓扑优化的数学模函数C(P)和约束函数G(P)求关于设计变量P;的一阶导数。目标函数C(P)对pi的偏导数对的偏导数为式中，p为KS[0063]Mises应力函数。,(p)对的偏导数可通过隐函数求导法则得到：[0066]联立上述最优性条件和互补松弛性条件，得到关于λ的线性互补问题（LCP由于线性化优化子问题是原问题在当前设计点处的局部逼近，其解AP;*只能作为设计改新：P,—P,+AP,。将更新后的pi代入SIMP插值模型，计算单元应变能密度U(P)：化过程未收