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CN108256147B - 液压爬模外爬架模块化参数化的建模方法 - Google Patents

液压爬模外爬架模块化参数化的建模方法 Download PDF

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CN108256147B
CN108256147B CN201711345008.1A CN201711345008A CN108256147B CN 108256147 B CN108256147 B CN 108256147B CN 201711345008 A CN201711345008 A CN 201711345008A CN 108256147 B CN108256147 B CN 108256147B
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潘曦
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Shanghai Construction Group Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种液压爬模外爬架模块化参数化的建模方法，包括步骤：S1.将所述外爬架拆分为若干模块，并确定所述模块的基本构件；S2.确定所述基本构件的基本几何参数，并自动生成所述基本构件的关键节点的节点坐标和所述基本构件的拓扑关系；S3.对所述外爬架的各模块组集，生成所述外爬架的三维模型。所述建模方法，通过输入少量参数即可自动生成外爬架的三维模型，当设计方案发生变化后，通过简单修改参数即可重构外爬架的三维模型；而且生成的三维模型能够为计算分析和施工图环节所用，提高外爬架设计和计算分析的效率，同时也提升设计、分析计算工作水平，减少人为错误发生率。

Description

液压爬模外爬架模块化参数化的建模方法
技术领域
本发明涉及一种液压爬模外爬架模块化参数化的建模方法。
背景技术
液压爬升模架设备是超高层建筑的核心筒结构施工的关键装备。目前有关液压爬升模架装备的相关研究主要集中在施工工艺方面，大量的文献是介绍模架装备具体工程中的应用情况。近年来，工程上开始重视爬升模架设备的模块化问题，但研究往往聚焦于爬升模架设备架体模块化设计和装备的模块化改造升级。
然而对于爬升模架设备而言，实际设计过程中，一个突出的问题是设计、计算分析、施工图等环节之间相对独立，没有一个有效的模型数据共享和传递路径，导致大量的重复工作，影响了工作效能，主要表现为：
(1)爬升模架设备的设计从属于核心筒结构设计，当结构设计方案发生变化时，需要相应地变换设备的设计方案。
(2)在计算分析环节，根据设计提供的设计方案(以二维平面图形的形式表示)，人工在计算分析软件中建立爬升模架的有限元计算分析模型，对设计方案的安全性进行计算分析与校核，当设计方案发生变更后，需要根据变更后的设计方案进行重新建模分析。
(3)在施工图环节，需要根据设计方案人工地绘制爬升模架设备各部件的平面施工图，或者根据设计方案在施工图软件中建立爬升模架设备的三维模型，然后利用软件自动绘制装备的施工图。显然，无论是人工或者利用软件绘制施工图，当设计方案变更后都需要配合进行大量的修改工作。
总之，目前工程中应用中，在爬升模架设备的设计环节、计算分析环节、施工图环节，建模过程复杂、模型更改工作量大、有大量重复性工作，从而导致工作效能低下。
发明内容
针对现有的在爬升模架设备的设计环节、计算分析环节、施工图环节，存在建模过程复杂、模型更改工作量大、有大量重复性工作，从而导致工作效能低下的问题，本发明提供了一种液压爬模外爬架模块化参数化的建模方法，通过输入少量参数即可自动生成外爬架的三维模型，当设计方案发生变化后，通过简单修改参数即可重构外爬架的三维模型；而且生成的三维模型能够为计算分析和施工图环节所用，提高外爬架设计和计算分析的效率，同时也提升设计、分析计算工作水平，减少人为错误发生率。
为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：
一种液压爬模外爬架模块化参数化的建模方法，包括如下步骤：
S1.将所述外爬架拆分为若干模块，并确定所述模块的基本构件；
S2.确定所述基本构件的基本几何参数，并自动生成所述基本构件的关键节点的节点坐标和所述基本构件的拓扑关系；
S3.对所述外爬架的各模块组集，生成所述外爬架的三维模型。
进一步，步骤S1中，所述外爬架包括钢大梁平台模块、三角架模块、下部框架模块、上部框架模块，所述三角架模块、下部框架模块分别垂直固定于所述钢大梁平台模块的下方，所述上部框架模块垂直固定于所述钢大梁平台模块的上方；所述钢大梁平台模块的基本构件包括平行间隔设置的水平钢大梁一、水平钢大梁二、水平钢大梁三和水平钢大梁四；所述三角架模块的基本构件包括水平杆、竖杆和斜杆，所述斜杆的两端分别与所述竖杆的底端、所述水平杆的一端固定连接，所述竖杆的顶端垂直固定于所述水平杆上；所述下部框架模块的基本构件包括平行间隔设置的立柱一、立柱二，以及平行且间隔设置的若干水平梁一，所述水平梁一的两端分别固定于所述立柱一、立柱二上；所述上部框架模块的基本构件包括平行间隔设置的立柱三、立柱四，以及平行且间隔设置的若干水平梁二，所述水平梁二的两端分别固定于所述立柱三、立柱四上。
进一步，所述步骤S2包括如下步骤：
S21.确定所述钢大梁平台模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系；所述水平钢大梁二、水平钢大梁三和水平钢大梁四的长度相等；所述钢大梁平台模块的基本构件的节点坐标构成节点信息矩阵NPT，所述钢大梁平台模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵LPT；其中，
其中，P1～P8为所述钢大梁平台模块的基本构件的8个节点；
B1、B2、B3分别为所述水平钢大梁一和水平钢大梁二之间、水平钢大梁二和水平钢大梁三之间、水平钢大梁三和水平钢大梁四之间的间距；
L2为水平钢大梁一的长度；
L1、L3分别为水平钢大梁一距离水平钢大梁二两端的水平距离；
L为水平钢大梁二、水平钢大梁三和水平钢大梁四的长度，且L＝L1+L2+L3；
LPT矩阵的每一行储存的是所述钢大梁平台模块的基本构件的首尾节点坐标；
S22.确定所述三角架模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系，所述三角架模块的基本构件的节点坐标构成节点信息矩阵NTR，所述三角架模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵LTR；其中，
其中，t1～t4为所述三角架模块的基本构件的4个节点；
Tv为所述三角架模块的竖杆的高度；
Th1和Th2分别为所述三角架模块水平杆的第一段和第二段的长度；
S23.确定所述下部框架模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系，所述下部框架模块的基本构件的节点坐标构成节点信息矩阵和所述下部框架模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵LPT；其中，
其中，为所述立柱一的首尾节点、以及所述立柱一与所述水平梁一连接节点构成的节点信息矩阵；
df1～df(n+2)分别为所述立柱一的首节点、立柱一与所述水平梁一的连接节点、立柱一的尾节点；
dfix、dfiy、dfiz分别为节点dfi的x、y、z坐标；
为所述立柱二的首尾节点、以及所述立柱二与所述水平梁一连接节点构成的节点信息矩阵；
df(n+3)～df(2n+4)分别为所述立柱二的首节点、立柱二与所述水平梁一的连接节点、立柱二的尾节点；
dfjx、dfjy、dfjz分别为节点dfj的x、y、z坐标；
n为所述水平梁一的个数；
D1[]、DE[]、D1E[]为三个矩阵算子，D1[]表示删除矩阵的第1行，DE[]表示删除矩阵的最后一行，D1E[]表示删除矩阵的首位两行，向量为矩阵的第i列；
S24.确定所述上部框架模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系，所述上部框架模块的基本构件的节点坐标构成节点信息矩阵所述上部框架模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵LPT；其中，
其中，为所述立柱三的首尾节点、以及所述立柱三与所述水平梁二连接节点构成的节点信息矩阵；
uf1～uf(m+2)分别为所述立柱三的首节点、立柱三与所述水平梁二的连接节点、立柱三的尾节点；
ufix、ufiy、ufiz分别为节点ufi的x、y、z坐标；
为所述立柱四的首节点、以及所述立柱四与所述水平梁二连接节点构成的节点信息矩阵；
uf(m+3)～df(2m+3)分别为所述立柱四的首节点、立柱四与所述水平梁一的连接节点；
ufjx、ufjy、ufjz分别为节点ufj的x、y、z坐标；
m为所述水平梁二的个数。
进一步，所述步骤S3，对所述外爬架的各模块组集，生成所述外爬架的三维模型，包括如下步骤：
S31，根据所述钢大梁平台模块的参数B1、B2、B3、L1、L2、L3、L以及节点信息库NPT和构件信息库LPT，自动生成钢大梁平台模块；
S32，根据所述三角架模块的参数Tv、Th1、Th2以及节点信息库NTR和构件信息库LTR生成第1榀三角架单元；根据第2榀三角架单元与第1榀三角架单元之间的距离参数XTR，通过将所述第1榀三角架单元沿X轴平行偏移距离XTR得到所述第2榀三角架单元；
S33，根据所述下部框架模块的参数H1,H2,…,Hn、ΔHd，以及节点信息库 和构件信息库LDF，根据相邻两榀下部框架单元之间的距离参数dDF，通过将所述第1榀下部框架单元沿x轴依次平行偏移距离(k-1)dDF，可以得到第k榀下部框架单元，dDF为相邻两榀下部框架单元的距离，其中k＝1,2,3，…，nDF，nDF为下部框架单元的榀数；
S34，根据所述上部框架模块的参数Hu1,Hu2,…,Hun，以及节点信息库和构件信息库LUF生成上部框架模块，自动生成第1榀上部框架单元；通过将所述第1榀上部框架单元沿x轴依次偏移距离(k-1)dUF可以得到第k榀上部框架单元，dUF为相邻两榀上部框架单元的距离，其中k＝1,2,3，…，nUF，nUF为上部框架单元的榀数。
进一步，在所述步骤S22中，所述竖杆位于所述水平钢大梁三的正下方，所述水平杆与斜杆连接节点与所述水平钢大梁一的一端节点重合，所述水平杆的第一段的长度Th1＝B1+B2。
进一步，在所述步骤S23中，所述立柱一垂直固定在所述水平钢大梁二下方，所述立柱一的顶部节点坐标为(XDF,B1,0)，所述立柱二固定在水平钢大梁四下方，所述立柱二的顶部节点坐标为(XDF,B1+B2+B3,0)，且节点dfi、dfj的坐标值满足如下关系：
dfix＝XDF；
dfiy＝B1；
dfjx＝XDF；
dfjy＝B1+B2+B3；
dfjz＝df(j-n-2)z；
其中，XDF为节点df1距离水平钢大梁二最近的一端的距离，为一常数。
进一步，在所述步骤S24中，所述立柱三垂直固定在所述水平钢大梁二上方，所述立柱三的顶部节点坐标为(XUF,B1,0)，所述立柱四固定在水平钢大梁三上方，所述立柱四的顶部节点坐标为(XUF,B1+B2,0)，且节点dfi、dfj的坐标值满足如下关系：
ufix＝XUF；
ufiy＝B1；
ufjx＝XUF；
ufjy＝B1+B2；
ufjz＝uf(j-m-2)z；
其中XUF为节点uf1距离水平钢大梁二最近的一端的距离，为一常数。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
(1)借助该建模方法，用户只需根据核心筒结构的设计方案，输入有关液压爬模外爬架的钢大梁平台模块、三角架模块、下部框架模块和上部框架模块等模块的少量参数即可自动生成外爬架的三维模型。而且在结构方案发生变化时，只需改变输入参数，就能更改三维模型，实现三维模型的重构，极大地提升了外爬架的三维模型创建及重构的效率，大大减少了工作量。
(2)三维模型是计算分析和施工图设计环节等的基础，自动生成的三维模型可作为这两个环节数据传递和共享的媒介，减少各中间环节三维建模工作量，保证数据的有效传递，避免了重复工作。
(3)通过该方法自动生成三维模型，杜绝了人为建模易出错的情况，提升了设计和计算分析的水平。
附图说明
图1为本发明一实施例中的液压爬模外爬架的结构示意图；
图2为图1的爆炸图；
图3为本发明一实施例提供的钢大梁平台模块的基本构件的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的三角架模块的基本构件的结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的下部框架模块的基本构件的结构示意图；
图6为本发明一实施例提供的上部框架模块的基本构件的结构示意图；
图中标号如下：
钢大梁平台模块100；水平钢大梁一101；水平钢大梁二102；水平钢大梁三103；水平钢大梁四104；
三角架模块200；水平杆201；竖杆202；斜杆203；
下部框架模块300；立柱一301；立柱二302；水平梁一303；
上部框架模块400；立柱三401；立柱四402；水平梁二403。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提供的液压爬模外爬架模块化参数化的建模方法作进一步详细说明。结合下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
下面将结合图1至图6，对本实施例提供的液压爬模外爬架模块化参数化的建模方法作进一步描述。该建模方法包括如下步骤：
S1.将外爬架拆分为若干模块，并确定所述模块的基本构件。
结合图1和图2所示，外爬架包括钢大梁平台模块100、三角架模块200、下部框架模块300、上部框架模块400，其中，三角架模块200、下部框架模块300分别垂直固定于钢大梁平台模块100的下方，上部框架模块400垂直固定于钢大梁平台模块100的上方。当然，这四种模块为外爬架的核心模块，外爬架还可以在此基础上延伸、拓展其它模块，诸如脚踏板模块、外挂网模块等，非核心模块与核心模块的建模方法类似，对非核心部件的建模过程不再一一详述。
结合图1至图3所示，钢大梁平台模块100的基本构件包括平行间隔设置的水平钢大梁一101、水平钢大梁二102、水平钢大梁三103和水平钢大梁四104。当然，钢大梁平台模块100还可以包括与基本构件垂直的设置的连接梁，连接梁为非核心构件，建模方法与基本构件类似，在本申请中不再详述，同理，在三角架模块200、下部框架模块300、上部框架模块400同样存在非核心构件，有关非核心构件的建模方法均不再详述。
结合图1、图2和图4所示，三角架模块200的基本构件包括水平杆201、竖杆202和斜杆203。斜杆203的两端分别与水平杆201的一端、竖杆202的底端固定连接，竖杆202的顶端垂直固定于水平杆201上，水平杆201包括第一段和第二段，其中第一段是指水平杆201的一端(与斜杆203顶部固定连接的一端)至竖杆202顶部连接节点之间的部分(即图4中节点t1和t2之间的部分)；其中第二段是指水平杆201超出竖杆202顶部向外延伸的那一部分(即图4中节点t2和t3之间的部分)。
结合图1、图2和图5所示，下部框架模块300的基本构件包括立柱一301、立柱二302和若干水平梁一303。立杆一、立杆二平行间隔设置，水平梁一303的两端固定连接在立杆一、立杆二上。
结合图1、图2和图6所示，上部框架模块400的基本构件包括立柱三401、立柱四402和若干水平梁二403。立柱三401、立柱四402平行间隔设置，水平梁二403的两端固定连接在立柱三401、立柱四402上。
S2.确定所述基本构件的基本几何参数，并自动生成所述基本构件的关键节点的节点坐标和所述基本构件的拓扑关系。
在本实施例中，基本构件的关键节点，在本实施例中为基本构件的首尾节点。所谓首尾节点坐标，是指基本构件的首尾端面的轴心或形心的三维坐标值(x,y,z)。
在本实施例中，基本构件的拓扑关系是基本构件与基本构件之间的空间位置关系。
S3.对所述外爬架的各所述模块组集，生成所述外爬架的三维模型。
各模块组集，是根据基本构件的拓扑关系自动生成基本构件，还包括对基本构件进行的偏移、复制。比如，根据三角架模块200的基本构件的拓扑关系，自动生成第一榀三角架单元，对第一榀三角架单元进行偏移、复制，得到第二榀三角架单元，从而创建出三角架模块200的三维模型。
进一步，步骤S2包括如下步骤：
S21.确定钢大梁平台模块100的基本构件的节点坐标和拓扑关系。如图3所示，水平钢大梁一101、水平钢大梁二102、水平钢大梁三103和水平钢大梁四104平行间隔布设；水平钢大梁一101的长度为L2，水平钢大梁一101距离水平钢大梁二102两端的水平距离分别为L1、L3，水平钢大梁二102、水平钢大梁三103和水平钢大梁四104的长度均为L，且L＝L1+L2+L3；水平钢大梁一101和水平钢大梁二102之间、水平钢大梁二102和水平钢大梁三103之间、水平钢大梁三103和水平钢大梁四104之间的间距分别为B1、B2、B3。
建立三维坐标系，如图3中标示了三维坐标系的X轴、Y轴，另外的Z轴垂直于X轴和Y轴，图3中还标识了坐标原点(0,0,0)，坐标原点选为节点P1、P3连线的延长线与水平钢大梁一101的延长线的交点。其中P1为水平钢大梁四104的首部节点，P3为水平钢大梁二102的首部节点。
钢大梁平台模块100的基本构件的8个首尾节点(为图3中P1～P8)构成节点信息矩阵NPT，钢大梁平台模块100的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵LPT；其中，
S22.确定三角架模块200的基本构件的节点坐标和拓扑关系。如图4所示，三角架模块200的基本构件的4个节点分别为t1～t4，三角架模块200的竖杆202的高度为Tv；三角架模块200水平杆201的第一段(图4中节点t1、t2之间的距离)和第二段(图4中节点t2、t3之间的距离)的长度分别为Th1和Th2。
结合图1、图3、图4所示，节点t1与节点P4坐标相同。三角架模块200的基本构件的节点坐标构成节点信息矩阵NTR，三角架模块200的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵LTR；其中，
结合图1、图3和图4所示，竖杆202位于水平钢大梁三103的正下方，同时，水平杆201的一端与水平钢大梁一101的一端重合，因此，水平杆201的第一段的长度Th1＝B1+B2。
S23.确定下部框架模块300的基本构件的节点坐标和拓扑关系。下部框架模块300的基本构件的节点坐标构成节点信息矩阵和下部框架模块300的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵LPT；其中，
其中，df1～df(n+2)分别为立柱一301的首节点、立柱一301与水平梁一303的连接节点、立柱一301的尾节点；dfix、dfiy、dfiz分别为节点dfi的x、y、z坐标。df(n+3)～df(2n+4)分别为立柱二302的首节点、立柱二302与水平梁一303的连接节点、立柱二302的尾节点；dfjx、dfjy、dfjz分别为节点dfj的x、y、z坐标；n为水平梁一303的个数。D1[]、DE[]、D1E[]为三个矩阵算子，D1[]表示删除矩阵的第1行，DE[]表示删除矩阵的最后一行，D1E[]表示删除矩阵的首位两行，向量为矩阵的第i列。
如图5所示，水平梁一303的个数为3个，则i＝1，2，…，5，j＝6，7，…，10；节点df1～df(n+2)表现为df1～df5，df(n+3)～df(2n+4)表现为df6～df10。
结合1和图5所示，立柱一301垂直固定在水平钢大梁二102下方，立柱一301的顶部节点坐标为(XDF,B1,0)，其中XDF为节点df1距离水平钢大梁二102最近的一端的距离。立柱二302固定在水平钢大梁四104下方，则立柱二302的顶部节点坐标为(XDF,B1+B2+B3,0)。且节点坐标的坐标值满足如下关系：
dfix＝XDF；
dfiy＝B1；
dfjx＝XDF；
dfjy＝B1+B2+B3；
dfjz＝df(j-5)z(即：df6z＝df1z，df7z＝df2z，…)。
S24.如图6所示，确定上部框架模块400的基本构件的节点坐标和拓扑关系，上部框架模块400的基本构件的节点坐标构成节点信息矩阵上部框架模块400的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵LPT；其中，
其中，为立柱三401的首尾节点、以及立柱三401与水平梁二403连接节点构成的节点信息矩阵；uf1～uf(m+2)分别为立柱三401的首节点、立柱三401与水平梁二403的连接节点、立柱三401的尾节点；ufix、ufiy、ufiz分别为节点ufi的x、y、z坐标；为立柱四402的首节点、以及立柱四402与水平梁二403连接节点构成的节点信息矩阵；uf(m+3)～df(2m+3)分别为立柱四402的首节点、立柱四402与水平梁一303的连接节点；ufjx、ufjy、ufjz分别为节点ufj的x、y、z坐标；m为水平梁二403的个数。
如图6所示，水平梁一303的个数为3个，则i＝1,2,…,5，j＝6，7，…，9；节点uf1～uf(m+2)表现为uf1～uf5，uf(m+3)～uf(2m+3)表现为df6～df9。
结合1和图5所示，立柱三401固定在水平钢大梁二102上方，立柱三401的底部节点坐标为(XUF,B1,0)，其中XUF为节点uf1距离水平钢大梁二102最近的一端的距离。立柱四402固定在水平钢大梁三103的上方，则立柱四402的底部节点坐标为(XUF,B1+B2,0)。且节点坐标的坐标值满足如下关系：
ufix＝XUF；
ufiy＝B1；
ufjx＝XUF；
ufjy＝B1+B2；
ufjz＝uf(j-5)z(即：uf6z＝uf1z，uf7z＝uf2z，…)。
需要说明的是，图6中立柱三401的顶部节点与顶部的水平梁二403的一端重合，当然，立柱三401也可以和立柱四402高度一致，并无太大区别，仅多出一个节点uf(2m+4)，思路与之类似，并无太大区别，介于篇幅，不再赘述。
进一步，步骤S3，对外爬架的各模块组集，生成外爬架的三维模型，包括如下步骤：
S31，根据钢大梁平台模块100的参数B1、B2、B3、L1、L2、L3、L＝L1+L2+L3，以及节点信息库NPT和构件信息库LPT，自动生成钢大梁平台模块100。当钢大梁平台模块100的参数确定以后，节点信息库NPT中的节点坐标为确定的数值，则构件信息库LPT中的基本构件为确定的拓扑关系。由钢大梁平台模块100的基本构件直接组成了钢大梁平台模块100，因此可直接创建钢大梁平台模块100的三维模型。
S32，根据三角架模块200的参数Tv、Th1、Th2，以及节点信息库NTR和构件信息库LTR，生成第1榀三角架单元；根据第2榀三角架单元与第1榀三角架单元之间的距离参数XTR，通过将第1榀三角架单元沿X轴平行偏移距离XTR得到第2榀三角架单元。由图1、图2可以看出，三角架模块200由两榀三角架单元构成，二者之间平行间隔设置，根据二者之间的距离参数XTR，通过平行偏移可以得到第2榀三角架单元，从而得到三角架模块200的三维模型。
S33，根据下部框架模块300的参数H1,H2,…,Hn、ΔHd，以及节点信息库 和构件信息库LDF，自动生成第1榀下部框架单元；根据相邻两榀下部框架单元之间的距离参数dDF，通过将第1榀下部框架单元沿x轴依次平行偏移距离(k-1)dDF，可以得到第k榀下部框架单元，dDF为相邻两榀下部框架单元的距离，k＝1,2,3，…，nDF，nDF为下部框架单元的榀数。由图1、图2可以看出，下部框架模块300由若干榀下部框架单元构成，相邻的下部框架单元之间平行间隔设置，通过平行偏移可以得到其余下部框架单元，从而创建下部框架模块300的三维模型。
S34，根据上部框架模块400的参数Hu1,Hu2,…,Hun，以及节点信息库和构件信息库LUF，自动生成第1榀上部框架单元；通过将第1榀上部框架单元沿x轴依次偏移距离(k-1)dUF可以得到第k榀上部框架单元，dUF为相邻两榀上部框架单元的距离，k＝1,2,3，…，nUF，nUF为上部框架单元的榀数。由图1、图2可以看出，上部框架模块400由若干榀上部框架单元构成，相邻的上部框架单元之间平行间隔设置，通过平行偏移可以得到其余上部框架单元，从而创建上部框架模块400的三维模型。
综上所述，本发明提供的液压爬模外爬架模块化参数化的建模方法具有如下优点：
(1)借助该建模方法，用户只需根据核心筒结构的设计方案，输入有关液压爬模外爬架的钢大梁平台模块100、三角架模块200、下部框架模块300和上部框架模块400等模块的少量参数即可自动生成外爬架的三维模型。而且在结构方案发生变化时，只需改变输入参数，就能更改三维模型，实现三维模型的重构，极大地提升了外爬架的三维模型创建及重构的效率，大大减少了工作量。
(2)三维模型是计算分析和施工图设计环节等的基础，自动生成的三维模型可作为这两个环节数据传递和共享的媒介，减少各中间环节三维建模工作量，保证数据的有效传递，避免了重复工作。
(3)通过该方法自动生成三维模型，杜绝了人为建模易出错的情况，提升了设计和计算分析的水平。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (5)

1.一种液压爬模外爬架模块化参数化的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将所述外爬架拆分为若干模块，并确定所述模块的基本构件；
S2.确定所述基本构件的基本几何参数，并自动生成所述基本构件的关键节点的节点坐标和所述基本构件的拓扑关系；
S3.对所述外爬架的各模块组集，生成所述外爬架的三维模型；
其中，步骤S1中，所述外爬架包括钢大梁平台模块、三角架模块、下部框架模块、上部框架模块，所述三角架模块、下部框架模块分别垂直固定于所述钢大梁平台模块的下方，所述上部框架模块垂直固定于所述钢大梁平台模块的上方；
所述钢大梁平台模块的基本构件包括平行间隔设置的水平钢大梁一、水平钢大梁二、水平钢大梁三和水平钢大梁四；
所述三角架模块的基本构件包括水平杆、竖杆和斜杆，所述斜杆的两端分别与所述竖杆的底端、所述水平杆的一端固定连接，所述竖杆的顶端垂直固定于所述水平杆上；
所述下部框架模块的基本构件包括平行间隔设置的立柱一、立柱二，以及平行且间隔设置的若干水平梁一，所述水平梁一的两端分别固定于所述立柱一、立柱二上；
所述上部框架模块的基本构件包括平行间隔设置的立柱三、立柱四，以及平行且间隔设置的若干水平梁二，所述水平梁二的两端分别固定于所述立柱三、立柱四上；
其中，所述步骤S2包括如下步骤：
S21.确定所述钢大梁平台模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系；所述水平钢大梁二、水平钢大梁三和水平钢大梁四的长度相等；所述钢大梁平台模块的基本构件的节点坐标构成节点信息矩阵NPT，所述钢大梁平台模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵LPT；其中，
其中，p1～p8为所述钢大梁平台模块的基本构件的8个节点；
B1、B2、B3分别为所述水平钢大梁一和水平钢大梁二之间、水平钢大梁二和水平钢大梁三之间、水平钢大梁三和水平钢大梁四之间的间距；
L2为水平钢大梁一的长度；
L1、L3分别为水平钢大梁一距离水平钢大梁二两端的水平距离；
L为水平钢大梁二、水平钢大梁三和水平钢大梁四的长度，且L＝L1+L2+L3；
LPT矩阵的每一行储存的是所述钢大梁平台模块的基本构件的首尾节点坐标；
S22.确定所述三角架模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系，所述三角架模块的基本构件的节点坐标构成节点信息矩阵NTR，所述三角架模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵LTR；其中，
其中，t1～t4为所述三角架模块的基本构件的4个节点；
Tv为所述三角架模块的竖杆的高度；
Th1和Th2分别为所述三角架模块水平杆的第一段和第二段的长度；
S23.确定所述下部框架模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系，所述下部框架模块的基本构件的节点坐标构成节点信息矩阵和所述下部框架模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵LPT；其中，
其中，为所述立柱一的首尾节点、以及所述立柱一与所述水平梁一连接节点构成的节点信息矩阵；
df1～df(n+2)分别为所述立柱一的首节点、立柱一与所述水平梁一的连接节点、立柱一的尾节点；
dfix、dfiy、dfiz分别为节点dfi的x、y、z坐标；
为所述立柱二的首尾节点、以及所述立柱二与所述水平梁一连接节点构成的节点信息矩阵；
df(n+3)～df(2n+4)分别为所述立柱二的首节点、立柱二与所述水平梁一的连接节点、立柱二的尾节点；
dfjx、dfjy、dfjz分别为节点dfj的x、y、z坐标；
n为所述水平梁一的个数；
D1[·]、DE[·]、D1E[·]为三个矩阵算子，D1[·]表示删除矩阵的第1行，DE[·]表示删除矩阵的最后一行，D1E[·]表示删除矩阵的首位两行，向量为矩阵的第i列；
S24.确定所述上部框架模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系，所述上部框架模块的基本构件的节点坐标构成节点信息矩阵所述上部框架模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵LPT；其中，
其中，为所述立柱三的首尾节点、以及所述立柱三与所述水平梁二连接节点构成的节点信息矩阵；
uf1～uf(m+2)分别为所述立柱三的首节点、立柱三与所述水平梁二的连接节点、立柱三的尾节点；
ufix、ufiy、ufiz分别为节点ufi的x、y、z坐标；
为所述立柱四的首节点、以及所述立柱四与所述水平梁二连接节点构成的节点信息矩阵；
uf(m+3)～df(2m+3)分别为所述立柱四的首节点、立柱四与所述水平梁一的连接节点；
ufjx、ufjy、ufjz分别为节点ufj的x、y、z坐标；
m为所述水平梁二的个数。
2.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述步骤S3，对所述外爬架的各模块组集，生成所述外爬架的三维模型，包括如下步骤：
S31，根据所述钢大梁平台模块的参数B1、B2、B3、L1、L2、L3、L以及节点信息库NPT和构件信息库LPT，自动生成钢大梁平台模块；
S32，根据所述三角架模块的参数Tv、Th1、Th2以及节点信息库NTR和构件信息库LTR生成第1榀三角架单元；根据第2榀三角架单元与第1榀三角架单元之间的距离参数XTR，通过将所述第1榀三角架单元沿X轴平行偏移距离XTR得到所述第2榀三角架单元；
S33，根据所述下部框架模块的参数H1,H2,…,Hn、ΔHd，以及节点信息库 和构件信息库LDF，根据相邻两榀下部框架单元之间的距离参数dDF，通过将所述第1榀下部框架单元沿x轴依次平行偏移距离(k-1)dDF，可以得到第k榀下部框架单元，dDF为相邻两榀下部框架单元的距离，其中k＝1,2,3，…，nDF，nDF为下部框架单元的榀数；
S34，根据所述上部框架模块的参数Hu1,Hu2,…,Hun，以及节点信息库和构件信息库LUF生成上部框架模块，自动生成第1榀上部框架单元；通过将所述第1榀上部框架单元沿x轴依次偏移距离(k-1)dUF可以得到第k榀上部框架单元，dUF为相邻两榀上部框架单元的距离，其中k＝1,2,3，…，nUF，nUF为上部框架单元的榀数。
3.如权利要求1或2所述的建模方法，其特征在于，
在所述步骤S22中，所述竖杆位于所述水平钢大梁三的正下方，所述水平杆与斜杆连接节点与所述水平钢大梁一的一端节点重合，所述水平杆的第一段的长度Th1＝B1+B2。
4.如权利要求1或2所述的建模方法，其特征在于，
在所述步骤S23中，所述立柱一垂直固定在所述水平钢大梁二下方，所述立柱一的顶部节点坐标为(XDF,B1,0)，所述立柱二固定在水平钢大梁四下方，所述立柱二的顶部节点坐标为(XDF,B1+B2+B3,0)，且节点dfi、dfj的坐标值满足如下关系：
dfix＝XDF；
dfiy＝B1；
dfjx＝XDF；
dfjy＝B1+B2+B3；
dfjz＝df(j-n-2)z；
其中，XDF为节点df1距离水平钢大梁二最近的一端的距离，为一常数。
5.如权利要求1或2所述的建模方法，其特征在于，
在所述步骤S24中，所述立柱三垂直固定在所述水平钢大梁二上方，所述立柱三的顶部节点坐标为(XUF,B1,0)，所述立柱四固定在水平钢大梁三上方，所述立柱四的顶部节点坐标为(XUF,B1+B2,0)，且节点dfi、dfj的坐标值满足如下关系：
ufix＝XUF；
ufiy＝B1；
ufjx＝XUF；
ufjy＝B1+B2；
ufjz＝uf(j-m-2)z；
其中XUF为节点uf1距离水平钢大梁二最近的一端的距离，为一常数。
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