CN119514001A 一种基于bim的脚手架钢板网搭建方法 （中航建设集团有限公司）

本申请公开了一种基于BIM的脚手架钢板网自适应网格划分算法对三维实体模型进行网格脚手架钢板网BIM模型。针对现有技术中脚手架2获取脚手架钢板网的特征参数，特征参数包含立杆截面尺寸、横采用自适应网格加密算法识别有限元网格中的应力集中区域，并对采用拓扑优化算法对加密后的有限元网格进行结构优化，采用离散拓扑优化算法对结构优化后的三维实体模型进行构件布规则和构件连接规则；根据确定的立杆和横杆的数量和布置间距，以及确定的连接方式采用八叉树空间划分算法，通过递归地将三维实体模型的包围盒划分为八个子立方计算初始网格单元中每个节点与对应相邻节点坐标差值的平均值，作节点的设置网格单元的最小尺寸和最大尺寸约束，作为节点坐标待优化量x的不等式采用共轭梯度迭代算法求解整体线性方程组，得到节点坐标待优化量x的位置矫正量3迭代执行节点坐标更新步骤，直至网格节点的最大位移小于预设阈根据初始有限元网格，采用显式有限元方法计算脚手架钢板网在根据各个网格单元的应力张量，利用网格单元的节点处相邻单元的比较应力梯度场与预设的应力梯度阈值，获取应力梯度大于应力梯度阈值的网格单采用构件分类方法将应力集中区域划分为第一区域和第二区域；第一对第二区域，采用在板平面内的二维四叉树网格细分算法进行网格加将加密后的有限元网格作为拓扑优化的设计区域，采用变密度算法设置脚手架钢板网的体积约束条件和结构刚度约;;4其中，C(p)为优化后结构在施工工况下的总应变能，c,为初始设计区域在相同工况;建立脚手架钢板网结构在施工工况下的静力平衡方程作为拓扑优化的;;最小化：op)=c(p)+水(p)-f,xvl;A的迭代次数k=0；;5;;A*表达式如下：;6此基于钢板网的脚手架体系得到了越来越多的7后的有限元网格作为拓扑优化的设计区域，采用变密度算法将设计区域划分为多个子区到各子区域的最优相对密度p*；根据各子区域的最优相对密度p,*，更新各子O(p)=c(o)+(p)-f,xvl，其中，λ为惩罚因子，用于平衡总应变能最小化和满足8化效果；建立脚手架钢板网结构在施工工况下的静力平衡方程作为拓扑优化的约束条件：该约束条件保证优化后结构的屈曲稳定安全；建立拓扑优化模型：最小化：O(p)=c(o)+(p)-f,xvl；约束条件：K(p)xu=F；(k(o)-Ankc=0；代次数k=03）计算当前相对密度场p,下的目标函数值、体积vp,)和结构刚度问题，得到临界屈曲荷载因子Amn其中，K(P,)为采用P.为第t步第e个单元的相对为Λ的变化步长7）判断是否小于等于设定阈值，如果是，则令A*9[0023]图1是根据本申请一些实施例所示的一种基于BIM的脚手架钢板网搭建方法的示[0024]图2是根据本申请一些实施例所示的构建脚手架钢板网的三维实体模型的示例性[0037]根据连接方式的类型和参数，在立杆和横杆的交点位置生成相应的连接件实体，[0039]计算初始网格单元中每个节点与对应相邻节点坐标差值的平均值，作节点的节点坐标待优化量，f为节点Laplacian坐标。初始化全局刚度矩阵[0042]采用共轭梯度迭代算法求解整体线性方程组，得到节点坐标待优化量x的位置矫请通过八叉树空间划分和Laplacian光顺算法，可以在保证网格质量的同时提高网格生成显式算法采用中心差分格式对时间域进行离散，将t时刻的加速度向量表示为：。显式积分的稳定性要求时间增量Δt满足Courant_[0046]对每个网格单元，提取其应力张量o,i,j=1,2,3，作为后续应力梯度计算的输或节点上。对于每个网格单元，遍历其所有积分点或节点，提取应力张量o,的分量值：；将提取的应力分量按照张量的排列方式组装成应力张量σ:排列成一维向量owc对于每个单元，将其应力张量或节点，提取其相邻单元的应力张量数据，构建过节点的应力数据集。采用移动最小二乘法点邻域内的应力场函数，具有良好的数值稳定性和逼近精度。对拟合得到的节点应力场函节点应力梯度值，采用有限元插值方法将其插值到网格单元内部。常用的插值方法有线性max(vo(x))>vos，则将该单元标记为应力集中单元。将所有应力集中单元组成应力元e,，根据其构件类型componenc(e,)，将其添加到相应的构件应力集中区域中：如果componenc(e,)为立杆，则将e,添加到立杆应力集中区域sa；如果componenc(e,)为横为第二区域。将立杆应力集中区域sa和横杆应力集中区域SQa合并，得到第一区域：提取其应力集中单元，分别构成立杆应力集中区域sa、横杆应力集中区域Qa和钢板应力集中区域sa。将立杆应力集中区域sa和横将钢板应力集中区域sa作为第二区域。积）记为。根据预设的加密层数n和目标单元尺寸，计算单元的加密阈值：Qon中的每个单元e,，在切向基方向上将其划分为四个子单元fe1,en,es,ea}，子单元的面积均为a,/4。对于每个子单元e,j=1,2,3,4，重复直到满足加密层数要求或单IsotropicMaterialwithPenalization）插值法将设计区域划分为若干个六面体子区[0057]以脚手架钢板网结构的总应变能最小为优化目标，以各子区域的相对密度变量,其中，C(p)为脚手架钢板网结构的总应变能，刚度矩阵K(ρ)的二次型。总刚度矩阵k(o)采用SIMP（SolidIsotropicMaterialwithPenalization）插值方法，将各子区域的相对密度与其材料刚度矩阵k.建立关联：度值p'，构成初始相对密度场。常见的初始相对密度设置方法t步迭代的相对密度场p,，计算其对应的目标函数值、体积和结构刚度：目标函数值：O(o,)=c(o,)+dxv(p)-f[0064]计算当前相对密度场n,下的结构位移场u,和应力场o,。通过求解特征值问题pn新的相对密度场p"。变化步长。约束条件已经满足，将当前的Lagrange乘子值Aa作为最优值Λ*，进入下一步；若