一种土-管廊体系自动化数值建模方法及系统与流程

本发明属于土-管廊结构体系的计算机辅助设计领域，更具体地，涉及一种土-管廊体系自动化数值建模方法及系统。

背景技术

随着我国社会经济的发展和城市化进程的加快，土地资源的紧缺日益突出，合理的利用和开发地下空间资源则是解决城市可持续化发展的重要手段。伴随着我国管廊的加速建设，越来越多的国内外学者开展土-管廊相互作用体系的研究，目前常用的研究手段包括理论分析，试验研究以及数值模拟。相对于前两者，数值模拟研究更为经济和高效，在计算参数、模型建立、边界条件的选取以及本构模型等方面合理的情况下，是解决土-管廊体系研究分析的有效手段。

目前国内外学者利用大型商用有限元软件建立数值模型开展的研究已有很多，与此同时，在建立数值模型的时候存在一些问题：1、当前土-管廊体系数值模型的创建无法利用图形界面进行指令化建模，还依赖于手动操作；2、当前还无法针对单一因素(例如只改变管廊长度、截面形式以及埋深等)进行快速批量的建模；3、由于实体单元模型较难划分网格，目前研究中还多采用梁或者壳单元，因此很多细节因素无法考虑。究其原因主要数值模型的建立和分析是涉及多学科交叉的复杂问题，且由于土-管廊体系模型较大，尤其是综合管廊建设空间分布复杂，工作量巨大。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种土-管廊体系自动化数值建模方法及系统，由此解决现有土-管廊体系建模存在的需要依赖于手动操作，无法快速批量建模、建模准确率较低以及工作量大的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种土-管廊体系自动化数值建模方法，包括：

将土-管廊体系分解为土体和管廊两个独立结构；

将所述土体的尺寸和所述管廊的尺寸转化成第一内核指令，并完成所述第一内核指令在gui开发过程中的程序设计；

将所述土体和所述管廊的组装操作转化成第二内核指令，并完成所述第二内核指令在gui开发过程中的程序设计；

根据不同的接触类型，将所述土体和所述管廊的接触方式转化成第三内核指令，形成可选择菜单，并完成所述第三内核指令在gui开发过程中的程序设计；

根据用户指令确定所述管廊的长度和所述管廊在所述土体中的空间布局，再根据所述管廊的空间布局对所述土体进行参数化剖分，将所述参数化剖分操作转化成第四内核指令，并完成所述第四内核指令在gui开发过程中的程序设计；

将形成的土-管廊模型的网格划分操作转化成第五内核指令，并完成所述第五内核指令在gui开发过程中的程序设计；

通过程序编译完成可视化图形界面设计。

优选地，所述土体的尺寸和所述管廊的尺寸包括所述土体的长、宽和高，所述管廊的长度及标准化的截面尺寸。

优选地，所述管廊在所述土体中的空间布局包括所述管廊在所述土体中所处的位置及所述管廊的数量。

优选地，在对所述土-管廊模型进行网格划分之前，所述方法还包括为所述土-管廊模型设置边界条件，所述边界条件包括滚轴边界、黏弹性边界和透射边界。

优选地，所述土体与所述管廊为tie连接接触。

按照本发明的另一方面，提供了一种土-管廊体系自动化数值建模系统，包括：

第一建模模块，用于将土-管廊体系分解为土体和管廊两个独立结构；

第二建模模块，用于将所述土体的尺寸和所述管廊的尺寸转化成第一内核指令，并完成所述第一内核指令在gui开发过程中的程序设计；

第三建模模块，用于将所述土体和所述管廊的组装操作转化成第二内核指令，并完成所述第二内核指令在gui开发过程中的程序设计；

第四建模模块，用于根据不同的接触类型，将所述土体和所述管廊的接触方式转化成第三内核指令，形成可选择菜单，并完成所述第三内核指令在gui开发过程中的程序设计；

第五建模模块，用于根据用户指令确定所述管廊的长度和所述管廊在所述土体中的空间布局，再根据所述管廊的空间布局对所述土体进行参数化剖分，将所述参数化剖分操作转化成第四内核指令，并完成所述第四内核指令在gui开发过程中的程序设计；

第六建模模块，用于将形成的土-管廊模型的网格划分操作转化成第五内核指令，并完成所述第五内核指令在gui开发过程中的程序设计；

第七建模模块，用于通过程序编译完成可视化图形界面设计。

优选地，所述土体的尺寸和所述管廊的尺寸包括所述土体的长、宽和高，所述管廊的长度及标准化的截面尺寸。

优选地，所述管廊在所述土体中的空间布局包括所述管廊在所述土体中所处的位置及所述管廊的数量。

优选地，在对所述土-管廊模型进行网格划分之前，所述方法还包括为所述土-管廊模型设置边界条件，所述边界条件包括滚轴边界、黏弹性边界和透射边界。

优选地，所述土体与所述管廊为tie连接接触。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明通过可视化的指令操作实现体系自动化建模，本发明为科研、设计及施工等相关人员提供一种新的土-管廊体系建模方法，解决了管廊空间布局操作繁琐、网格划分难等问题，同时节约了大量建模时间，提高了工作效率。

(2)本发明能够实现土层尺寸的精准建立；本发明能够精准实现管廊的长度调节、在土层中所在位置设置及管廊的数量确定；本发明能够自动调节网格的大小，满足计算中不出现应力集中和计算溢出问题；本发明可以自动完成对土层剖分、管廊模型的组装；本发明能够自动完成土-管廊接触方式的设置；本发明把所有的操作步骤转化为内核指令，通过指令完成一系列繁琐的前处理操作。本发明完全实现可视化界面指令操作，自动化生成模型，为非专业人员提供了快捷、简单的建模方法。通常情况一个熟练掌握有限元建模的技术人员建立一个土-管廊系统的数值模型，根据不同的复杂程度需要1～3天不等，还不包括调试所花费的时间。通过本发明，采用可视化界面指令操作只需要约5分钟，而且完全自动化建模。且手动操作通常会带来误操作，一旦前期尺寸操作失误，后期的操作将全部无效，需要重新建模。手动操作网格划分也是较为困难的问题，通常网格划分的质量直接影响到分析结果准确性和计算的成功率，通过测试，本发明的自动化网格划分方法使得模型计算的成功率提高到99％。本发明大大节约了建模的时间成本，提高了分析效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种土-管廊体系自动化数值建模方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种系统gui界面操作图；

图3为本发明实施例提供的一种土-管廊体系自动化数值建模的模型透视图；

图4为本发明实施例提供的一种土体-管廊接触方式图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为土体，2为管廊结构，3为部件自动剖分，4为边界条件，5为底部荷载输入，6为网格划分，7为土体-管廊tie连接接触。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

如图1所示是本发明实施例提供的一种土-管廊体系自动化数值建模方法的流程示意图；本发明的建模过程主要包括部件生成、组装、接触设置、截面剖分和网格划分共5个操作过程，具体包括以下步骤：

(1)将土-管廊体系分解为土体和管廊两个独立结构；

(2)将土体的尺寸和管廊的尺寸转化成第一内核指令，并完成第一内核指令在gui开发过程中的程序设计；

在本发明实施例中，土体的尺寸和管廊的尺寸包括土体的长、宽和高，管廊的长度及标准化的截面尺寸。

在本发明实施例中，可以通过abaqusgui工具包创建编辑控件，关联执行的第一内核指令，以完成第一内核指令在gui开发过程中的程序设计。

(3)将土体和管廊的组装操作转化成第二内核指令，并完成第二内核指令在gui开发过程中的程序设计；

在本发明实施例中，可以通过abaqusgui工具包创建编辑控件，关联执行的第二内核指令，以完成第二内核指令在gui开发过程中的程序设计。

(4)根据不同的接触类型，将土体和管廊的接触方式转化成第三内核指令，形成可选择菜单，并完成第三内核指令在gui开发过程中的程序设计；

作为一种可选的实施方式，如图4所示，土体与管廊为tie连接接触。

在本发明实施例中，可以通过abaqusgui工具包创建编辑控件，关联执行的第三内核指令，以完成第三内核指令在gui开发过程中的程序设计。

(5)根据用户指令确定管廊的长度和管廊在土体中的空间布局，再根据管廊的空间布局对土体进行参数化剖分，将参数化剖分操作转化成第四内核指令，并完成第四内核指令在gui开发过程中的程序设计；

在本发明实施例中，管廊在土体中的空间布局包括管廊在土体中所处的位置及管廊的数量。

在本发明实施例中，可以通过abaqusgui工具包创建编辑控件，关联执行的第四内核指令，以完成第四内核指令在gui开发过程中的程序设计。

如图2所示为本发明实施例提供的一种系统gui界面操作图，图2中左图通过设置土体模型在坐标系中x、y和z轴的大小确定土体模型的尺寸，图2右图通过设置管廊模型在坐标系中x、y和z轴的大小确定管廊模型的尺寸，通过设置长度来确定管廊的长度，通过设置角度来确定管廊的相对土体的空间位置，通过设置数量来确定管廊的条数。

(6)将形成的土-管廊模型的网格划分操作转化成第五内核指令，并完成第五内核指令在gui开发过程中的程序设计；

在本发明实施例中，如图3所示，在对土-管廊模型进行网格划分之前，还包括为土-管廊模型设置边界条件，其中，边界条件包括滚轴边界、黏弹性边界和透射边界。

在本发明实施例中，可以通过abaqusgui工具包创建编辑控件，关联执行的第五内核指令，以完成第五内核指令在gui开发过程中的程序设计。

(7)通过程序编译完成可视化图形界面设计。

本发明还提供了一种土-管廊体系自动化数值建模系统，包括：

第一建模模块，用于将土-管廊体系分解为土体和管廊两个独立结构；

第二建模模块，用于将土体的尺寸和管廊的尺寸转化成第一内核指令，并完成第一内核指令在gui开发过程中的程序设计；

第三建模模块，用于将土体和管廊的组装操作转化成第二内核指令，并完成第二内核指令在gui开发过程中的程序设计；

第四建模模块，用于根据不同的接触类型，将土体和管廊的接触方式转化成第三内核指令，形成可选择菜单，并完成第三内核指令在gui开发过程中的程序设计；

第五建模模块，用于根据用户指令确定管廊的长度和管廊在土体中的空间布局，再根据管廊的空间布局对土体进行参数化剖分，将参数化剖分操作转化成第四内核指令，并完成第四内核指令在gui开发过程中的程序设计；

第六建模模块，用于将形成的土-管廊模型的网格划分操作转化成第五内核指令，并完成第五内核指令在gui开发过程中的程序设计；

第七建模模块，用于通过程序编译完成可视化图形界面设计。

在本发明实施例中，各模块的具体实施方式可以参考方法实施例中的描述，本发明实施例将不做复述。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。