达索V6平台桥梁建模分析一体化探索和应用

摘要： 达索V6平台逐步引入SIMULIA软件的计算分析功能，改变传统的设计建模与计算分析相互独立完成的状态.为体验其一体化流程，以一座实际悬索桥中的桥塔结构为探索对象，在达索V6平台下对该桥塔从建模到计算分析的一体化进行初步探索.

关键词： 悬索桥； 桥塔结构； 达索V6平台； SIMULIA

中图分类号： U448.25文献标志码： B

引言

作为建筑工程行业三维应用最流行的产品理念[1]，BIM在三维建模方面已经比较成熟，但仿真分析时很难在同一软件中进行，需要将模型转换格式或者重新建立计算分析模型，不能很好地实现设计建模与仿真分析一体化.

由法国达索公司提出的项目管理理念——产品生命周期管理（Product Lifecycle Management， PLM）已经在达索V6平台上得到发展和应用.[2]作为PLM中重要的一环——仿真计算分析（SIMULIA）不但起着承上启下的枢纽作用，而且与实际设计结合最紧密.SIMULIA主要将有限元分析软件Abaqus的功能引入V6平台，使得专业分析人员和设计人员能够共享模型数据，实现设计与仿真分析的协同一体化.本文以达索V6R2012x平台为应用环境，以一座悬索桥的桥塔为对象，探索从设计建模到计算分析的一体化进程.

1设计建模

以达索V6软件中知识或智能模板的功能为主要建模手段，搭建整体三维模型.知识或智能模板是对一类有类似性的构件或特征结合参数进行归集化建模所形成的模型.由于该模型可以依据不同的外部参考条件和自身参数的变化形成一系列的模型（该过程为知识模板的实例化），故被称为知识或智能模板（本文统称为知识模板）.利用CATIA知识工程的模板工具可以进行Part和Product模板的.[3]

知识模板所参考的外部条件即为骨架，它为知识模板的实例化提供关键的参考条件，知识模板随着骨架的变化而改变，二者之间是驱动与被驱动的关系，骨架驱动知识模板形成实际所需的模型.[4]

悬索桥的建模基于上述思路进行，在此不予赘述.悬索桥全桥骨架见图1，桥塔模型见图2.

图 1悬索桥全桥骨架

图 2悬索桥桥塔模型

2仿真分析

利用V6R2012x平台，在之前完成的桥塔模型基础上，进入Simulation模块进行相应的仿真分析步骤.在一次分析计算后，根据结果修改设计模型，并对修改后的模型再次分析计算.

2.1单元划分

仿真分析主要以有限元为基础，单元类型为线性实体四面体单元.为划分顺利和分析准确，对局部适当进行划分单元段数或尺寸指定，局部划分单元段数指定见图3，划分整体结果见图4.单元划分后进行材料属性的设置，主要用于分析计算的属性.桥塔材料指定为混凝土结构，具体设置见图5，单元划分质量分析见图6.

图 3局部划单元分段数指定图 4划分整体结果

图 5材料属性设置

图 6单元划分质量分析

2.2分析设置

在单元划分完毕后，进入结构分析模块进行分析条件设置，本文主要以静力分析类型为主.结构分析类型见图7.

图 7结构分析类型

依次施加约束和载荷.约束为塔底的固定约束，见图8；载荷为均布压力载荷和集中载荷，见图9.

图 8施加约束

图 9施加载荷

2.3结果查询

分析条件设置完毕后即可进行分析计算，位移分析结果见图10，第一主应力分析结果见图11，应变分析结果见图12.仿真分析的树结构见图13，可知，整体计算分析过程与建模过程，全部体现在左侧的树结构中，真正做到从建模到分析的一体化流程.

图 10位移分析结果

图 11第一主应力分析结果图 12应变分析结果

图 13仿真分析的树结构

2.4模型修改计算

为比较真实地进行模拟设计，对设计模型进行局部修改后再次分析计算，修改的部分为桥塔中横梁；假设原来中横梁尺寸偏大，位移小，设计保守，现将尺寸减小，使得位移适当增大.中横梁模型尺寸修改对比见图14，中横梁修改前、后位移结果见图15.

（a）修改前 （b）修改后图 14中横梁模型尺寸修改对比（a）修改前

（b）修改后

图 15中横梁修改前、后位移结果，mm

模型尺寸修改完成后，只需重新执行分析计算，结果自然更新，不需要再重复划分网格、添加约束和载荷以及指定分析类型等，大大提高效率.

3结束语

通过在达索V6R2012x平台上对桥梁工程中桥塔结构的分析，初步实现从结构设计建模到分析计算的一体化.充分利用前期的设计建模，通过分析计算，为设计模型的修改提供依据.在同一平台下，对修改后的模型进行重新计算分析，可以节省时间、提高效率，比较适合真实设计的流程；但实际的计算分析要比本文复杂得多，有时模型并不能一步到位，需要进行一定程度的修改.参考文献：

[1]龙辉元. BIM技术应用于结构设计的探讨与案例[J]. 土木建筑工程信息技术， 2010， 2（4）： 8993.

[2]达索系统. 达索PLM解决方案在工程项目中的应用[C]//第三届工程建设计算机应用创新论坛论文集. 上海， 2011.

[3]顾晓华， 仲梁雄. 基于知识工程的参数化设计[J]. 设计与研究， 2001， 30（4）： 1718.

[4]黄俊炫， 张磊， 叶艺. 基于CATIA的大型桥梁三维建模方法[J]. 土木建筑工程信息技术， 2012， 4（4）： 5155.