CN116894357A - 基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法，包括模型数据库、Dynamo参数化设计部分、AutodeskRobot有限元计算部分，模型数据库、Dynamo参数化设计部分、AutodeskRobot有限元计算部分组成基于Dynamo和Robot的有限元计算平台；建立高桩梁板式码头结构模型时，Dynamo高桩梁板式码头标准计算程序可直接调用“参数化标准计算模型数据库”信息，生成有限元模型，并输送到Robot平台中完成结构计算，能够实现快速参数化建模。本发明通过数据的参数化、算法的标准化，实现有限元参数化设计，固化建模过程，提高设计效率。

Description

基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法

技术领域

本发明涉及有限元计算技术领域，尤其涉及一种基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法。

背景技术

目前工程结构有限元计算缺少权威的规范标准，使建模计算过程未形成标准化的流程。而且结构有限元计算的最终成果多以模型和计算结果的形式呈现，往往不记录设计人员的建模过程，使其它设计人员难以了解计算思路。这些因素不利于计算经验的积累、交流和推广，也不利于初级设计人员的学习成长。

因此，基于可视化编程技术开发一种新型的结构设计工具，使建模过程能够清晰直观地展现，对于结构有限元计算流程的标准化、经验的固化、有限元的学习，都是非常必要的。

目前基于有限元软件的结构设计中，模型的修改经常需要重复大量的操作步骤。尽管部分软件允许用户以命令行形式保存建模命令文本，但不能体现这些命令中输入数据之间的关联性，因而仅适用于修改较为简单的模型。而工程设计的过程本身是一个不断修改完善的过程，目前的建模方式造成了模型建立和修改的效率较低，导致结构计算人员在建模上投入了大量时间与精力。已有的结构模型在类似结构上重复利用的效果也较差，导致难以固化建模经验。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法，通过数据的参数化、算法的标准化，实现有限元参数化设计，固化建模过程，提高设计效率。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法，包括模型数据库、Dynamo参数化设计部分、AutodeskRobot有限元计算部分，模型数据库、Dynamo参数化设计部分、AutodeskRobot有限元计算部分组成基于Dynamo和Robot的有限元计算平台；

模型数据库包括工程基本参数、几何参数、荷载参数、荷载组合参数；Dynamo参数化设计部分包括节点包，并通过节点包组装生成高桩梁板式码头结构标准化计算程序；AutodeskRobot有限元计算部分包括模型生成和计算分析；

基于Dynamo和Robot的有限元计算平台，建立高桩梁板式码头结构模型时，步骤如下：

S1、有限元模型数据信息输入；

S2、建立高桩梁板式码头结构及构件的参数化标准计算模型数据库；

S3、基于Dynamo可视化编程的参数化设计，建立高桩梁板式码头结构标准化计算程序及操作界面；

S4、高桩梁板式码头结构标准化计算程序调用“参数化标准计算模型数据库”信息，生成有限元模型；

S5、将有限元模型输送到AutodeskRobot有限元计算部分中完成结构计算，实现快速参数化建模。

特别的，几何参数涉及到的构件包括面板、桩基、靠船构件、横梁、纵梁、约束。

特别的，有限元模型数据信息输入时，首先梳理、分析高桩梁板式码头结构三维参数化建模的参数；然后根据不同高桩梁板式码头结构类型分别要求构件参数化信息和属性。

特别的，S2中，参数化标准计算模型数据库采用winform界面设计技术，通过NPOI对Eecel文档进行增删改查操作，根据相应工程设计逻辑，生成需要的Excel文档数据，并进行后续相应操作。

特别的，节点包内涉及到的数据信息包括荷载组合参数、荷载参数、几何模型参数、分析模型参数、约束参数。

特别的，S3中，将参数化标准计算模型数据库中的相关参数和模型封装为Dynamo中的节点代码，通过可视化编程技术建立Dynamo节点包，将节点包之间的联系及算法封装成专业节点代码，建立高桩码头节点包。

特别的，S4中，使用Dynamo软件内置“节点”相互连接、处理数据，进而生成有限元模型。

特别的，使用C#语言编写基于Dynamo和Robot的有限元计算平台的Dynamo功能的节点包的步骤如下：

P1、有限元界面设计；

P2、确定节点包编程依赖的环境；

P21、节点包整体使用C#语言进行开发，采用VisualStudio2019编译器进行代码编译；

P22、节点包设计时，采用RobotDynamoPackagesUI处理节点包的UI交互内容以及处理数据的传入传出；采用RobotDynamoPackagesUtil处理节点包的内部数据逻辑及详细的算法；

P3、使用Dynamo平台***软件包和自主开发的软件包，实现Robot批量自动有限元计算。

本发明以Dynamo和AutodeskRobotStructuralAnalysisProfessional2022(简称Robot有限元)为平台进行开发，采用面向对象的Dynamo可视化编程技术，通过Dynamo读取高桩梁板式码头结构有限元模型的数据信息，建立数据之间的连接关系，关联计算步骤，构建建模算法，使整个计算过程成为一个整体，并将模型信息传输到基于Dynamo和Robot的有限元计算平台的AutodeskRobot有限元计算部分进行结构计算。通过数据的参数化、算法的标准化，实现有限元参数化设计，固化建模过程，提高设计效率。

本发明的有益效果是：利用本发明提供的算法建立的参数化有限元模型，建模过程中融入了规范标准、设计经验，建模过程及思路清晰直观，结构有限元计算流程实现了标准化、经验的固化、参数化；

利用本发明提供的算法建立的参数化有限元模型在建模、修改的速度明显比Robot自带功能快，建模人员减少了自建截面、布置构件、生成约束、施加荷载及荷载组合、批量生成、修改等操作步骤，更重要的是通过改变设计参数可快速生成不同的码头方案，为项目结构计算节省了大量时间，提高设计效率。

附图说明

图1为本发明的基于Dynamo和Robot的有限元计算平台功能组成示意图；

以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法，包括模型数据库、Dynamo参数化设计部分、AutodeskRobot有限元计算部分，模型数据库、Dynamo参数化设计部分、AutodeskRobot有限元计算部分组成基于Dynamo和Robot的有限元计算平台。

模型数据库包括工程基本参数、几何参数、荷载参数、荷载组合参数，几何参数涉及到的构件包括面板、桩基、靠船构件、横梁、纵梁、约束；Dynamo参数化设计部分包括节点包，并通过节点包组装生成高桩梁板式码头结构标准化计算程序，节点包内涉及到的数据信息包括荷载组合参数、荷载参数、几何模型参数、分析模型参数、约束参数；AutodeskRobot有限元计算部分包括模型生成和计算分析。

基于Dynamo和Robot的有限元计算平台，建立高桩梁板式码头结构模型时，步骤如下：

S1、有限元模型数据信息输入；

首先，梳理、分析高桩梁板式码头结构三维参数化建模的参数，包括桩型、桩尺度、排架间距、纵横梁尺度、面板尺度、材料信息、模型约束参数、荷载参数、荷载组合参数等等，确定可变参数与不变参数；对设计所需的参数进行分析，尽量把大部分参数固化，减少可变参数的比例。

其次，根据不同高桩梁板式码头结构类型分别要求构件参数化信息和属性，下部结构的桩基设置通用参数，即：桩顶标高、桩底标高、桩长、扭角及斜度等参数；对上部结构的横纵梁系、面板、靠船构件等尺寸应参数化，包括长宽高、顶标高等构造参数，还应添加材料属性等结构参数；对约束信息应方便智能化设置和修改；对荷载信息的大小、位置参数化；对荷载组合信息应方便智能化录入和编辑。

S2、建立高桩梁板式码头结构及构件的参数化标准计算模型数据库；

参数化标准计算模型数据库采用winform界面设计技术，通过NPOI对Eecel文档进行增删改查操作，根据相应工程设计逻辑，生成需要的Excel文档数据，并进行后续相应操作。

S3、基于Dynamo可视化编程的参数化设计，建立高桩梁板式码头结构标准化计算程序及操作界面；

将参数化标准计算模型数据库中的相关参数和模型封装为Dynamo中的节点代码，通过可视化编程技术建立Dynamo节点包，将节点包之间的联系及算法封装成专业节点代码，建立高桩码头节点包。

S4、高桩梁板式码头结构标准化计算程序调用“参数化标准计算模型数据库”信息，生成有限元模型；使用Dynamo软件内置“节点”相互连接、处理数据，进而生成有限元模型。

S5、将有限元模型输送到AutodeskRobot有限元计算部分中完成结构计算，实现快速参数化建模。

由以上内容可知，基于Dynamo的高桩梁板式码头结构有限元参数化算法主要分为两部分，有限元模型数据信息输入部分、Dynamo参数化设计部分；有限元模型数据信息输入采用winform界面设计技术，通过NPOI对Excel文档进行增删改查操作；根据相应工程设计逻辑，生成需要的Excel文档数据，并进行后续相应操作。Dynamo参数化设计部分采用可视化编程技术，通过使用软件内置“节点”相互连接、处理数据，并生成有限元模型传输到AutodeskRobot有限元计算部分中，通过AutodeskRobot有限元计算部分完成结构计算。本发明旨在提高结构有限元计算的效率性、正确性、便捷性、易用性。

本发明通过C#语言编写基于Dynamo和Robot的有限元计算平台的Dynamo功能的节点包，通过Dynamo节点包编写批量处理脚本，读取由C#语言编写的界面端生成的本地Excel文件中的数据，自动批量进行有限元的计算，将有限元计算过程标准化、规范化，易于初学者使用，提高了有限元计算的效率性和易用性，提高了有限元计算的工作效率。

使用C#语言编写基于Dynamo和Robot的有限元计算平台的Dynamo功能的节点包的步骤如下：

P1、有限元界面设计；

启动程序首先要新建Excel文件，导入Excel亦可(只兼容本程序输出的Excel文件)。新建Excel程序会自动创建文件并且填入相关信息。

具体地，以工程基本参数为例，在界面输入数据，在保存时会把输入的数据写入到Excel文件中；横向排架信息表会读取写入到文件中的数据并计算出对应的信息，不再采用Excel中的公式，而是通过程序的计算得出。对于Excel中复杂的公式例如TREND，在程序中通过读取对应位置的值，再通过线性回归算法计算出结果，所求结果与Excel公式计算一致，无数据计算错误。

本程序共创建25个工作页，分别是工程基本参数、桩截面设计、桩基输入、桩基自动、梁截面设计、纵梁、横梁、船舶撞击力、靠船构件、桩截面自动、面板、土层参数、荷载工况、设置相关荷载、设置冲突荷载、船舶系缆力、点荷载、均载、面线荷载、面荷载、地震荷载、移动荷载、流动机械荷载、移动车辆库、荷载组合。

导入已经生成过的Excel，对已经写入的数据进行修改，需要先将数据读取到程序，然后清除数据区域防止产生脏数据，这可能会影响程序效率。

对于Excel公式，INDEX函数提取区域内的数据，在程序中直接读取对应单元格内的数据；三角函数直接调用Math库中的函数；INDIRECT函数将需要的值从Excel中读取到程序内，进行后续计算；VLOOKUP函数可以分析出数据直接读取Excel对于单元格的数据，无需再进行在给定区域内的查找。

P2、确定节点包编程依赖的环境；

研发平台：MicrosoftVisualStudio2019；

编程语言：C#；

.NetFramework版本：4.8(运行环境的dynamo的com要求这个版本)；

Com依赖：Robot的Com，dynamo的Com。

Robot的Com接口文件为Interop.RobotOM.dll。

P21、节点包整体使用C#语言进行开发，采用VisualStudio2019编译器进行代码编译。

P22、节点包设计时，共建立了两个解决方案，分别为RobotDynamoPackages UI和RobotDynamoPackagesUtil；采用RobotDynamoPackagesUI处理节点包的UI交互内容以及处理数据的传入传出；采用RobotDynamoPackagesUtil处理节点包的内部数据逻辑及详细的算法。

具体地，以下分别对RobotDynamoPackagesUI和RobotDynamoPackages Util进行举例说明。

在RobotDynamoPackagesUI解决方案中，以CreateSeismiccs文件为例，在RobotDynamoPackagesUI空间内，定义了一个CreateSeismic的节点，并且添加了节点的描述信息。

定义了一个CreateSeismic的类，该类继承NodeModel，用于创建地震节点包。该节点包的带参构造函数有两个参数，分别为输入和输出，该类的无参构造函数用于对基类的InPorts成员变量和OutPorts成员变量进行赋值，InPorts成员变量用于处理节点包的入参信息，OutPorts成员变量用于处理节点包的输出信息，最后进行对参数的注册。

UpdateValueCore函数用于处理更新核心数据，调用基类的接口即可。接口BuildOutputAst，对输出的数据进行处理，通过AstFactory.BuildFunctionCall调用到RobotDynamoPackagesUtil解决方案中对应的类CreateSeismicFunc中的Done函数，将输入的参数传给Done函数，由Done函数对输入数据进行处理，同时返回输出结果。

在RobotDynamoPackagesUtil解决方案中，主要处理从RobotDynamo PackagesUI解决方案中的文件调用的AstFactory.BuildFunctionCall的接口传入的参数，返回处理得到的数据。以CreateSeismiccs文件为例，该文件在Robot DynamoPackagesUtil空间内创建了一个CreateSeismicFunc类，该类包含一个Done函数，该函数的入参与返回值类型与AstFactory.BuildFunctionCall的接口传入的参数类型一致。

该函数通过如下几部分完成对地震节点包数据的处理，首先通过Robot Project拿到工程变量，将工程变量的首选项中的ActiveCode设置为"CHINA GBJ/JTJ/GBJ"，之后创建的地震节点都将按照"CHINAGBJ/JTJ/GBJ"生成，然后用SeismicName与当前所有case进行匹配，判断是否包含该名称，如果不存在该名称，将会根据输入的数据进行case的创建。

首先创建一个IRobotSimpleCase变量，通过GetAnalysisParams()接口获取到变量的属性列表，将该属性列表转化成IRobotSeismic Analysis_CHINESE_Params类，将该属性列表变量进行赋值。属性值为入参处理后的数据。设置好属性之后，返回case名称即可。

值得注意的点是，在Robot中，部分数据在处理完成后没有及时同步到界面上，是因为数据还在缓存中，没有写入到Robot中，这里需要使用SyncStructureAndLoadsFunc.Done()接口，将缓存中的数据读取到Robot中进行同步。

由上述内容可知，以CreateSeismic节点包为例，表示了RobotDynamo PackagesUI和RobotDynamoPackagesUtil两个解决方案的用途以及整体的代码结构。在其他节点包中，整体结构基本一致，均采用UI及Util两种类的结合使用。由UI层传入数据到Util层，Util层对数据进行处理后，添加或修改节点，然后返回需要的数据。待代码编译无误后，生成UI和Util的dll文件，将Robot中的Dynamo路径设置好即可生成节点包，然后根据需求创建或读取相应的数据作为输入端，传入创建好的节点包中，将输出端进行连接，即可完成Robot中相应内容的创建或修改。

P3、使用Dynamo平台***软件包和自主开发的软件包，实现Robot批量自动有限元计算。

首先使用文件操作软件包读取数据生成客户端产生的Excel文件，文件操作软件包可以遍历本地文件，用户可以选则本地任意文件；

然后使用***的数据软件包，将文件的数据读取到内存中；

最后将数据传给自主研发的地震荷载、移动荷载等功能的软件包，实现有限元的自动计算。

对于该有限元的计算的工程，如果需要对不同的项目进行，只需要打开客户端界面，按照界面的要求，更改对应的参数，最后保存修改，直接运行Dynamo程序就可以实现新的有限元计算，不需要修改Dynamo软件包的连接方式，从而简化了不同项目的有限元计算的复杂度，提高工作效率，保证有限元计算的正确性。

如果项目中的有限元计算逻辑与现有的Dynamo程序不符，只需要简单修改各个软件包的连接顺序和方式，就可以构建新的有限元计算方式，十分简单易于操作。Dynamo的程序编写，只需要将功能软件包以所见即所得的界面的方式进行参数连接即可形成程序的逻辑运算关系。

本发明提供一种基于Dynamo的高桩梁板式码头结构有限元参数化算法，在建立高桩梁板式码头有限元模型时，Dynamo高桩梁板式码头标准计算程序可直接调用“参数化标准计算模型数据库”信息，生成有限元模型，并输送到Robot平台中完成结构计算，能够实现快速参数化建模。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法，其特征在于，包括模型数据库、Dynamo参数化设计部分、AutodeskRobot有限元计算部分，模型数据库、Dynamo参数化设计部分、AutodeskRobot有限元计算部分组成基于Dynamo和Robot的有限元计算平台；

模型数据库包括工程基本参数、几何参数、荷载参数、荷载组合参数；Dynamo参数化设计部分包括节点包，并通过节点包组装生成高桩梁板式码头结构标准化计算程序；AutodeskRobot有限元计算部分包括模型生成和计算分析；

基于Dynamo和Robot的有限元计算平台，建立高桩梁板式码头结构模型时，步骤如下：

S1、有限元模型数据信息输入；

S2、建立高桩梁板式码头结构及构件的参数化标准计算模型数据库；

S3、基于Dynamo可视化编程的参数化设计，建立高桩梁板式码头结构标准化计算程序及操作界面；

S4、高桩梁板式码头结构标准化计算程序调用“参数化标准计算模型数据库”信息，生成有限元模型；

S5、将有限元模型输送到AutodeskRobot有限元计算部分中完成结构计算，实现快速参数化建模。

2.根据权利要求1所述的基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法，其特征在于，几何参数涉及到的构件包括面板、桩基、靠船构件、横梁、纵梁、约束。

3.根据权利要求2所述的基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法，其特征在于，有限元模型数据信息输入时，首先梳理、分析高桩梁板式码头结构三维参数化建模的参数；然后根据不同高桩梁板式码头结构类型分别要求构件参数化信息和属性。

4.根据权利要求1所述的基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法，其特征在于，S2中，参数化标准计算模型数据库采用winform界面设计技术，通过NPOI对Eecel文档进行增删改查操作，根据相应工程设计逻辑，生成需要的Excel文档数据，并进行后续相应操作。

5.根据权利要求1所述的基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法，其特征在于，节点包内涉及到的数据信息包括荷载组合参数、荷载参数、几何模型参数、分析模型参数、约束参数。

6.根据权利要求5所述的基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法，其特征在于，S3中，将参数化标准计算模型数据库中的相关参数和模型封装为Dynamo中的节点代码，通过可视化编程技术建立Dynamo节点包，将节点包之间的联系及算法封装成专业节点代码，建立高桩码头节点包。

7.根据权利要求6所述的基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法，其特征在于，S4中，使用Dynamo软件内置“节点”相互连接、处理数据，进而生成有限元模型。

8.根据权利要求6所述的基于Dynamo高桩梁板式码头结构有限元参数化算法，其特征在于，使用C#语言编写基于Dynamo和Robot的有限元计算平台的Dynamo功能的节点包的步骤如下：

P1、有限元界面设计；

P2、确定节点包编程依赖的环境；

P21、节点包整体使用C#语言进行开发，采用VisualStudio2019编译器进行代码编译；

P22、节点包设计时，采用RobotDynamoPackagesUI处理节点包的UI交互内容以及处理数据的传入传出；采用RobotDynamoPackagesUtil处理节点包的内部数据逻辑及详细的算法；

P3、使用Dynamo平台***软件包和自主开发的软件包，实现Robot批量自动有限元计算。