基于OBJECTARX技术生成相贯节点实体模型.pdf

第3 7 卷第4 期 2 0 0 8 年7 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y V 0 1 ．3 7N o ．4 J u l ．2 0 0 8 基于O B J E C T A R X 技术生成相贯节点实体模型 丁北斗1 ，马军2 ，王景全2 1 ．中国矿业大学建筑工程学院，江苏徐州2 2 1 1 1 6 } 2 ．东南大学土木工程学院，江苏南京2 2 1 0 0 6 摘要为了解决在C A D 平台上实现快速生成结构分析软件和施工图开发所需要的相贯节点实 体模型，根据实体造型理论，基于0 B J E C T A R X 技术，开发了生成空间相贯节点实体模型程序． 介绍了该程序的开发过程和程序所生成的空间相贯节点实体模型种类．结果表明该程序能够生 成圆管相贯、方管相贯以及方管与圆管相贯3 种空间相贯节点．工程设计人员根据程序中的对话 框输入几个特征参数，通过自动建模就可快速生成空间相贯节点的实体模型． 关键词相贯节点；0 B J E C T A R X ；实体模型；实体造型 中图分类号T U3 9 3 ．2文献标识码A文章编号1 0 0 0 一1 9 6 4 2 0 0 8 0 4 一0 5 5 6 一0 4 AT h r e eD i m e n s i o n a lM o d e lo fS p a t i a lT u b u l a r J o i n t sB a s e do nO B J E C T A R X D I N GB e i d o u l ，M AJu n 2 ，W A N GJ i n g q u a n 2 1 ．S c h o o lo fA r c h i t e c t u r e ＆C i v i lE n g i n e e r i n g ，C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ， X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 1 1 6 ，C h i n a ；2 ．C o l l e g eo fC i v i IE n g i n e e r i n g ，S o u t h e a s tU n i v e r s i t y ，N a n j i n g2 l 0 0 9 6 ，C h i n a A b s t m c t Ap r o g r a mf o rb u i l d i n gt h r e ed i m e n s i o n a lm o d e l so fs p a t i a lt u b u l a rj o i n t sw a sd e v e 卜 o p e db a s e do nt h eo B JE C T A R Xt e c h n o l o g ya n ds o l i dm o d e l i n gt h e o r y ． T h ed e v e l o p m e n t p r o c e s so ft h ep r o g r a ma n dt h r e et y p e so ft u b u l a rj o i n tm o d e l sd e v e l o p e db yt h ep r o g r a mi n p u t w e r ei n t r o d u c e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h r e et u b u l a rj o i n tm o d e l sa r ec i r c u l a rh o l l o ws e c t i o n t u b u l a rj o i n t s ，r e c t a n g u l a rh o l l o ws e c t i o nt u b u l a rj o i n t s ，a n dt h ec o m b i n a t i o no fc i r c u l a ra n d r e c t a n g u l a rh o n o ws e c t i o nt u b u l a rj o i n t s ． T h i sa l l o w se n g i n e e r st oc o n s t r u c ts p a t i a lt u b u l a r j o i n tm o d e l sw i t ho n l yaf e wp a r a m e t e r s ． K e yw o r d s t u b u l a rj o i n t ；0 B J E C T A R X ；t h r e ed i m e n s i o n a lm o d e l ；s o l i dm o d e l i n g 随着空间结构的广泛应用，对空间相贯节点力 学性能的研究也在不断加深．由于节点的试验实体 模型研究，存在费用高和不全面等缺点，有限元分 析得到了广泛的运用．建筑结构一般都是空间结 构，是由若干构件 或零件 在空间拼接在～起的三 维模型，其形成的的空间结构相贯节点一般都不规 则，在A N S Y S 等有限元分析程序中建立实体模型 比较复杂和难于实现，所以开发一个空问结构相贯 节点自动生成程序具有非常重要的工程实际意义， 快捷、方便地形成有限元分析软件所需要的实体模 型就成为空间结构相贯节点科学研究需要解决的 关键问题． 针对这种情况，实体造型技术是解决该问题的 有效技术之一．将实体造型技术应用到空问结构的 C A D 开发系统中，则可以反映空间结构体系之间 的空间相互遮挡关系而且可以有效地提高设计效 率．另外，通过实体造型技术开发出来的C A D 模 型，可以和现行通用的结构计算应用程序接口，这 收稿日期2 0 0 7 一0 9 1 6 基金项目国家自然科学基金项目 5 0 3 7 8 0 1 5 作者简介丁北斗 1 9 7 3 一 ，男，安徽省怀宁县人，讲师，博士研究生，从事大跨空间结构研究方面的研究． E ．啦j I d b d s t a r 1 6 3 ．c o m1 e l 1 3 3 3 8 9 6 0 5 2 8 万方数据 第4 期丁北斗等基于o B J E c T A R X 技术生成相贯节点实体模型5 5 7 样就节省了结构计算程序的建模时间．此外实体造 型技术生成的C A D 模型，通过平面的投影转换就 能得到正确的施工图． 本文主要论述的就是在A u t o C A D 平台基础 上，根据实体造型技术，以O b j e c t A R X 为开发工具 开发各种相贯节点实体模型． 1A R x 的特点 A R X 全称A u t o C A DR u n - T i m eE x t e n s i o n [ 1 。4 ] 应用程序基于W i n d o w sD L L 的编译应用 程序环境；集成了A u t o C A D ，A u t o L i s p 和A D S ；提 供2 2 0 个类与3o o o 多个不重复的成员函数；最大 的可操作性，可直接利用C 进入A u t o C A D 数 据结构内核；运行时可扩展；能够接受不同事件的 声明；替代扩充实体数据和构建应用程序消息；在 不同的操作系统中可以移植；设计人员能够定义 “原始”的A u t o C A D 命令；对于I N T E L 平台，一个 A R X 动态链接库工作于所有的应用程序．程序命 令具有图1 所示的消息模型． A R x 应用程序 A R x 命令处理 到避 合0I 本地命令 处J H 一 A u t ，c A D 命令调用卜JL 理l lI A R x 命令 R U N T l M E 类树 A R x 命令调用 图1A R x 程序的消息模型 F i g ．1M e s s a g em o d a lo fA R Xp r o c e d u r e 2 程序开发的过程 2 ．1建立与用户交互的良好界面 程序开发的要求之一是要有良好的程序界面， 因为A R X 开发的程序都是在命令中执行的，交互 性差．如何使应用程序的界面更加友好，使用M i c r o s o f tF o u n d a t i o nC l a s sL i b r a r y M F C 是一种较 好的选择．M F C 是微软基础类库的简称，它由2 大 部分组成1 通常所说的C 类库，它是M F C 类库的主体部分，这些类构成了M F C 应用程序框 架，2 M F C 预定义宏、全局变量和全局函数，是 M F C 类库的辅助部分．在o b j e c t A R X 中提供了 A d U i 和A c U i2 个类库，运用它们可以开发出良 好的输入输出界面．如本文程序中的材料设定的界 面，即是一个完整的w i n d o w s 友好界面，如图2 b ． 通过这个界面，可以轻松自由地选择一个材料库所 对应的库文件，从中选出已定义的材料属性值．而 不必一次次的输入材料的弹性模量、截面几何特征 等有关数据．达到简单明了，方便实用的目的． a 圆管相贯节点 b K 型圆钢管节点 图2 程序对话框 F i g ．2D i a l o g u ef r a m eo fp r o c e d u r e 2 ．2 在A R X 中实现实体造型 2 ．2 ．1 生成实体 利用A R X 中有许多现有的函数可以生成实 体模型，例如在A R X 中，生成实体的是A c D b 3 d S o l i d 函数．常用的是生成长方 正方 体、圆 柱体等．其中，生成长方 正方 体的函数如下[ 1 { j v i r t u a IA c a d E r r o r S t a t u s c r e a t e B o x d o u b l ex L e n ，d o u b l ey L e n ，d o u b l e z L e n ； 生成圆柱体的函数如下 v i r t u a lA c a d E r r o r S t a t u s c r e a t e F r u s t u m d o u b l eh e i g h t ，d o u b l ex R a d i u s ，d o u b l ey R a d i u s ，d o u b l et o p X R a d i u s ； 2 ．2 ．2 确定生成实体之间的相互方位关系 在A R X 中生成的实体利用实体单元之间的 布尔操作以及实体单元本身的旋转和移动等来实 现实体单元之间的定位．实体单元之间的布尔操作 主要有加、减和相交．在A R X 中实现的函数是 v i r t u a lA c a d E r r o r S t a t u s b o o l e a n o p e r A c D b B o o l o p e r T y p eo p e r a t i o n ， A c D b 3 d S o l i d * p S 0 1 i d ； 实体单元的旋转和移动主要是通过三维图形 变换与投影变换来实现．几何图形变换的理论，主 要是建立在线性代数的基础之上的．而在计算机图 形处理中，将线性代数与投影几何相结合．图形变 换中的各种基本变换，从原理上讲，就是将图形上 点的坐标变换成新图形上对应点的坐标．根据几何 变换的特性，图形上的一条直线经过变换后，在新 图形上所对应的仍然是一条直线段，这样，直线段 的变换可以通过它的2 个端点的变换来实现．实体 也是计算机图形，所以实体的移动和旋转变换实质 上是实现从一个坐标系到另一个坐标系的变换． 实现实体变换的函数是 A c G e V e c t o r 3 d8 L t r a n s f o r m B y c o n s tA c G e M a t r i x 3 d m a t ； 了榭搛． 矗m} 砀砸T ■L 0 _ L ● L 一■ 万方数据 5 5 8中国矿业大学学报第3 7 卷 2 ．2 ．3 实体单元之间的求交和消隐 1 消隐处理 实体单元相交时会在某一个角度看过去，会存 在实际上看不见的线和面，这些线和面被自身或其 它物体所遮挡．那么，这些线和面在图形显示时就 应该实行消隐处理．现在有很多成熟的算法，适用 于不同的情况．算法设计至少应满足下列要求[ 5 ] a ．空间结构构件基本为凹多面体，该算法可 处理凹多面体； b ．该算法建立于用户空间中，这是因为在图 像空问中执行的算法依赖于屏幕的分辨率，比例放 大后要失真； c ．考虑实际应用的要求，算法应提供选项，使 被消隐的线段能以虚线画出． v i r t u a lA d e s k U I n t 8 * v i s i b i l i t y c o n s t ； 2 地求交处理 图形显示还要能正确反映零件间的相互关系， 包括相交、贯穿、截断等．C A D 开发将其归结为2 种基本情况[ 5 ] ．a ．面面相交处交线的产生；b ．线 段贯穿物体，被截断在物体内的部分以标记进行特 别处理．一般认为该部分不存在．这些线段的产生 与分段都要通过合适的数据结构记录下来，并也要 进行消隐．求交、消隐的时间随着空间结构体系的 变化而变化．一般来说，求交的时间多于消隐的时 间，有时高出一个数量级，因此应尽量减少求交所 需的时间．除了通常的包围盒与深度检查外，可利 用求交、消隐与视点变换的不同关系．视点变换后， 消隐的结果也随着变化，但求交的结果只依赖于物 体的相互位置，仍然不变．所以C A D 开发时，只需 在第一次显示结构时求交，并记录求交的结果，视 点改变后只作消隐处理，节约了时间． A R X 中求交函数的形式如下 v i r t u a lA c a d E r r o r S t a t u s i n t e r s e c t W i t h c o n s tA c D b E n t i t y * p E n t ， A c D b I n t e r s e c ti n t T y p e ， A c G e P o i n t 3 d A r r a y ＆p o i n t s ， i n tt h i s G s M a f k e r O ， i n to t h e r G s M a r k e r O c o n s t ； 在进行修剪、延伸、倒圆角、倒角、打断和确定 对象捕捉的交点、捕捉等操作中，调用该函数求算 实例之间的交点． 3 程序开发实例 3 ．1 在A R X 中生成实体的程序举例 1 A c D b 3 d S o l i d * p S o l i d n e wA c D b 3 d S o l i d ；[ 6 - 7 ] p S o l i d 一 c r e a t e F r u s t u m 1 0 0 0 ，5 0 ，5 0 ，5 0 ； A c D b 3 d S o l i d* p S o l i d n e wA c D b 3 d S o l i d ； p S 0 1 i d 一 c r e a t e B o x 1 0 0 0 ，1 0 0 ，1 0 ； 以上程序，生成了一个长10 0 0m m ，宽1 0 0 m m ，厚1 0m m 的长方体． 2 v o i di n i t M a t r i x A c G e M a t r i x 3 dm a t ’ { i n ti ，j ； f o r i O ；i 一3 ；i { f o r j 0 ；j t r a n s f o r m B y m a t ； 通过此程序的运行，会使实体单元沿y 方向 移动2 0 0m m ，z 方向移动3 0 0m m ，绕z 轴线旋转 万方数据 第4 期丁北斗等基于o B J E C T A R X 技术生成相贯节点实体模型 5 5 9 3 0 。． 3 ．2 实际当中利用A R x 开发的程序举例 空间相贯共有3 种类型阻9 。圆管相贯、方管相 贯以及方管与圆管的相贯 以圆管为例说明所设 计 用A R X 建立实体的命令，根据半径、长度建立 圆管，圆管之间的相对位置，比如，两分肢管的相对 距离，分肢管与主管轴线之间的相对角度，是通过 A R X 中对实体旋转不同的角度来实现的．在建模 时，还要考虑支管与主管之间的偏心的问题．对话 框见图2 ． 3 ．3 程序生成的相贯节点举例 3 ．3 ．1 圆管相贯 圆管相贯，开发了4 种类型K 型、双K 型、Y 型 包括T 型 以及支管为三肢的圆管相贯，见图 3 ． a K 型 b 双K 型 c Y 型 d 支管为三肢型 图3 程序生成的圆管相贯节点 F i g ．3 C i r c u l a rh o l l o ws e c t i o nt u b u l a rj o i n t sp r o d u c e db yp r o c e d u r e 3 ．3 ．2方管相贯 方管相贯，开发了2 种类型K 型、Y 型 包括 T 型 方管相贯，见图4 ． a Y 型 b K 型 图4 程序生成的方管相贯节点 F i g ．4R e c t a n g u l a rh o l l o ws e c t i o nt u b u l a r j o i n t sp r o d u c e db yp r o c e d u r e 3 ．3 ．3 方管与圆管的相贯 方管与圆管相贯，开发了2 种类型K 型、Y 型 包括T 型 方管相贯，见图5 ． a Y 型 b K 型 图5 程序生成的方圆管相贯节点 F i g ．5 C o m b i n a t i o no fc i r c u l a ra n dr e c t a n g u l a rh o l l o w s e c t i o nt u b u l a rj o i n t sp r o d u c e db yp r o c e d u r e 4 结论 1 利用实体造型技术，以C A D 为开发平台， 基于o B J E C T A R X 技术，开发了生成空间相贯节 点实体模型程序，解决了有限元分析软件对于不规 则空间相贯节点建模困难的问题，通过实体造型技 术生成的C A D 模型，通过平面的投影转换就能得 到正确的施工图． 2 此程序能够生成3 种空间相贯节点类型 圆管相贯、方管相贯以及方管与圆管的相贯，分肢 有单肢、双肢和多肢，基本涵盖了工程实际当中相 贯节点的种类． 3 大大提高工程设计人员进行有限元分析和 后期施工图绘制的建模效率，该程序只要工程设计 人员根据程序中的对话框输入几个特征参数，通过 自动建模就可快速生成空间相贯节点的实体模型． 致谢本文受到中国矿业大学青年科研基金项目 o B 0 6 0 0 8 9 资助，特此感谢 参考文献 [ 1 ]邵俊昌，李旭东．A u t o c A D0 b j e c t A R x2 0 0 0 开发技 术指南[ M ] ．北京电子工业出版社，2 0 0 0 ． [ 2 ]郭朝勇．A u t o C A DR 1 4 中文版 二次开发技术[ M ] ． 北京清华大学出版社，1 9 9 9 ． [ 3 ]陈杉，王 宁．郭剑峰，o b j e c t A R X 开发A u t o C A D 2 0 0 0 应用程序[ M ] ．北京人民邮电出版社， 2 0 0 0 ． [ 4 ] 吴靖坤．板片结构c A D 及其在单厂设计中的应用 [ D ] ．南京东南大学土木工程学院，2 0 0 2 ． [ 5 ]何薇．算机图形技术与c A D [ M ] ．北京清华大学 出版社，2 0 0 1 ． [ 6 ] 陈英时，张其林，王健，等．空间钢结构C A D 软 件后处理系统的实体造型技术[ J ] ．同济大学学报， 2 0 0 0 ，2 8 3 2 9 7 3 0 0 ． C H E NY i n g s h i ，Z H A N GQ i l i n ，W A N GJ i a n g ，e t a LS o l i dm o d e i i n gt e c h n i q u e sf o rC A Dp o s t p r o c e s s i n go fs p a c es t e e ls t r u c t u r e s [ J ] ．J o u r n a lo fT o n 西i U n i v e r s i t y ，2 0 0 0 ，2 8 3 2 9 7 3 0 0 ． 下转第5 6 5 页 万方数据 5 6 4中国矿业大学学报第3 7 卷 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] o ns t r e n g t he n h a n c e m e n tf o r t h er o c ks u r r o u n d i n g r o a d w a ys u p p o r t e db yb o l t [ J ] ． c h i n e s eJ o u m a lo f R o c kM e c h a n i c sa n dE n g i n e e r i n g ，2 0 0 0 ，1 9 3 3 4 2 3 4 5 ． 张农，侯朝炯，杨米加，等．巷道围岩强度弱化规 律及其应用[ J ] ．中国矿业大学学报，1 9 9 9 ，2 8 2 1 3 3 1 3 5 ． Z h A N GN o n g ，H O UC h a o - j i o n g ，Y A N GM H i a ，e t a 1 ．L a wo fr o c ks t r e n g t hw e a k e n i n ga r o u n dr o a d w a y a n di t sa p p l i c a t i o n [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo f M i n i n g T e c h n o l o g y ，1 9 9 9 ，2 8 2 1 3 3 1 3 5 ． 侯朝炯，郭励生，勾攀峰．煤巷锚杆支护[ M ] ．徐州 中国矿业大学出版社，1 9 9 9 ． Z H O UY e ，L I NG e ，G o N GF a - x i o n g ，e ta 1 ．N u m e r i c a ls i m u l a t i o n so fs t r u c t u r a ld e f o r m a t i o na n df l u i d f l o wi nX i a n g s h a nd e p o s i t [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ，2 0 0 6 ，1 6 4 4 0 4 4 0 8 ． 上接第5 5 9 页 [ 7 ] [ 8 ] 周元福，王汝传，刘丽．基于0 b j e c t A R X 建筑构 件中圆管相贯算法研究与实现[ J ] ．南京邮电学院学 报，2 0 0 4 ，2 4 3 7 0 一7 3 ． Z H O UY u a n - f u ，W A N GR u - c h u a n ，L I UL i ．S t u d y a n di m p l e m e n t a t i o no na l g o r i t h m sf o ri n t e r s e c t i n g h o l l o wb e a m so fa r c h i t e c t u r a lc o m D o n e n tb a s e do n 0 b j e c t A R X [ J ] ．J o u r n a lo fN a n j i n gU n i v e r s i t yo f P o s t sa n dT e l e c o m m u n i c a t i o n s ，2 0 0 4 ，2 4 3 7 0 一7 3 ． 夏军武，常鸿飞．框架柱带悬臂梁段拼接节点的弹 塑性分析[ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 6 ，3 5 5 5 9 6 6 0 1 ． [ 8 ]林崇德，陆士良，史元伟．煤巷软弱顶板锚杆支护作 用的研究[ J ] ．煤炭学报，2 0 0 0 ，2 5 5 4 8 2 4 8 5 ． L I NC h o n g - d e ，L US h i - l i a n g ，S H IY u a n _ w e i ．S t u d y o ns u p p o r te f f e c to fr o c kb o l t i n gi ns o f tw e a kr o o f [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a f 。s o c i e t y ，2 0 0 0 ，2 5 5 4 8 2 4 8 5 ． [ 9 ] 姜福兴．采场覆岩空间结构观点及其应用研究[ J ] ． 采矿与安全工程学报，2 0 0 6 ，2 3 1 3 0 一3 3 ． J I A N GF u x i n g ．V i e w p o i n to fs p a t i a ls t r u c t u r e so fo - v e r l y i n gs t r a t aa n di t sa p p l i c a t i o ni n c o a lm i n e [ J ] ． J o u r n a lo fM i n i n g ＆S a f e t yE n g i n e e r i n g ，2 0 0 6 ，2 3 1 3 0 一3 3 ． [ 1 0 ] 张农，袁亮．离层破碎型煤巷顶板的控制原理 [ J ] ．采矿与安全工程学报，2 0 0 6 ，2 3 1 3 4 3 8 ． Z H A N GN o n g ，Y U A NL i a n g ．C o n t r o lp r i n c i p l eo f s e p a r a t i n ga n db r o k e nr o o fr o c ks t r a t ai nr o a d w a y [ J ] ． J o u r m Io fM i n i n g＆ s a f e t yE n g i n e e r i n g ， 2 0 0 6 ，2 3 1 3 4 3 8 ． 责任编辑王继红 X I AJ u n - w u ，C H A N GH o n g _ f e i ．E l a s t o p l a s t i ca n a l y s i so ns p l i c ei o i n t sw i t hc a n t i l e v eE k a mo fs t e e lf r a m e c o l u m n [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ，2 0 0 6 ，3 5 5 5 9 6 6 0 1 ． [ 9 ]穆彤娜。于洪敏，张铁成．据库系统综合查询方法研 究[ 刀．中国矿业大学学报，2 0 0 6 ，3 5 2 2 6 0 - 2 6 4 ． M UT o n g _ n a ，Y UH o n g m i n ，Z H A N GT i e - c h e n g ． R e s e a r c ho nc o m p r e h e n s i v eq u e r ym e t h o di nd a t a b a s e s y s t e m [ J ] ．J o u r n a lo fc h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ，2 0 0 6 ，3 5 2 2 6 0 2 6 4 ． 责任编辑王继红 万方数据