¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

20 августа 2019

ѕараметрическое моделирование сооружений и ћ Ё анализ конструкций: св€зка ѕ  SOFiSTiK и Grasshopper

ќльга ѕерцева

ќльга ѕерцева

јвтор Ч специалист отдела —јѕ– ѕ—— √–ј…“≈ 

ѕараметрическое моделирование Ц одна из самых активно развивающихс€ и громкоговор€щих тем в области автоматизированного проектировани€. Ќо зачастую параметрический ввод данных не используют дл€ создани€ аналитических (расчЄтных) моделей зданий и сооружений. —в€зка SOFiSTiK и Grasshopper позвол€ет использовать параметрический ввод дл€ создани€ комплексных параметрических расчЄтных моделей, подготовить их дл€ ћ Ё анализа и впоследствии рассчитать конструкции. ¬ статье описаны основные принципы и возможности использовани€ платформы Grasshopper в качестве полного или частичного препроцессора дл€ подготовки и создани€ расчЄтной модели в ѕ  SOFiSTiK дл€ различных задач и типов конструкций.

Ќиже описаны принципиальные шаги по работе в св€зке SOFiSTiK и Grasshopper. ќни включают обзор рабочего процесса и возможностей использовани€ нейтрального BIM формата дл€ ѕ  SOFiSTiK.

ƒл€ освоени€ этого процесса пользовател€м предварительно требуютс€ базовые знани€ ѕ  SOFiSTiK. ѕредполагаетс€, что перед изучением данного текста читатель уже способен создать простую расчЄтную модель в ѕ  SOFiSTiK, использу€ текстовый ввод на встроенном €зыке программировани€ CADINP. CADINP доступен дл€ пользователей уже более чем 30 лет и позвол€ет создать данные с помощью различных ресурсов, в том числе и ѕ  SOFiSTiK.

1. ѕ  SOFiSTiK возможности и структура

ѕ  SOFiSTiK €вл€етс€ универсальным комплексом по расчету любых строительных конструкций: зданий и промышленных сооружений, мостов и пролЄтных строений, оснований и фундаментов и т. д. Ѕолее того, в SOFiSTiK доступны широкие возможности по ћ Ё анализу, основные из которых:
  • динамические расчЄты (сейсмика, ударные, подвижные нагрузки);
  • анализ геометрической, конструктивной и физической нелинейности;
  • расчЄт стадий возведени€ (усадка/ползучесть, прогрессирующее разрушение, вторичные эффекты и т. д.);
  • моделирование и расчЄт преднапр€жени€;
  • термодинамические расчЄты, анализ фильтрации;
  • CFD анализ (моделирование аэродинамической трубы);
  • расчЄт системы Ђ√рунт-—ооружениеї, геотехнические расчЄты и т. д.
¬се продукты SOFiSTiK объедин€ютс€ одной общей центральной базой данных (CDB). Ќабор программных модулей, к которым можно обращатьс€ через стандартные текстовые файлы или через графический пользовательский интерфейс, взаимно обмениваютс€ данными через центральную базу данных. ќсновной интерфейс Ц SOFiSTiK Structural Desktop (SSD) Ц €вл€етс€ инструментом вызова и контрол€ всех этих модулей, а также их св€зи между собой.

¬ качестве препроцессора пользователь может выбрать между модулем SOFiPLUS(-X) (надстройкой графического интерфейса на основе AutoCAD), FEA расширением дл€ Autodesk Revit, Rhinoceros интерфейсом или текстовым вводом через интерфейс Teddy.  аждый из этих препроцессоров имеет свои преимущества, а также может использоватьс€ в комбинации с другими препроцессорами и контролироватьс€ через SOFiSTiK Structural Desktop.

1.1 Teddy Ц CADINP
Ќаиболее продвинутым препроцессором ѕ  SOFiSTiK €вл€етс€ ввод с помощью €зыка программировани€ CADINP. Ёто простой объектно-ориентированный €зык программировани€, который поставл€етс€ вместе с общими командами с переменными, циклами и выражени€ми. ѕредоставл€емый текстовый редактор Teddy позвол€ет пользователю создать расчЄтную схему со всеми необходимыми исходными данными, а также контролировать все параметры и шаги расчЄтов.  роме того, CADINP может использоватьс€ как полнофункциональный инструмент создани€ и расчЄта и как дополнительный инструмент корректировки данных/параметров расчЄта совместно с любым из препроцессоров и интерфейсом SSD.

ѕользователь всегда может выбрать способ моделировани€ и анализа между текстовым редактором, электронными таблицами, €зыками программировани€ или средствами визуального программировани€, такими как Grasshopper дл€ Rhinoceros или Dynamo дл€ Revit.

2. Rhinoceros

Rhinoceros €вл€етс€ коммерческим программным обеспечением дл€ компьютерной 3D-графики и автоматизированного проектировани€. √еометри€ Rhinoceros основана на математической модели NURBS, котора€ специализируетс€ на создании математически точного изображени€ кривых и поверхностей произвольной формы (в отличие от приложений, которые примен€ют полигональные сетки).

Grasshopper €вл€етс€ графическим редактором алгоритмов дл€ инструментов 3-D моделировани€ в Rhinoceros. ’олст (дл€ размещени€ визуального сценари€) и лента €вл€ютс€ двум€ основными разделами приложени€. ¬изуальный сценарий создает или использует данные в Rhinoceros, которые поддерживаютс€ пр€мой передачей/ссылкой.

SOFiSTiK и Grasshopper

Grasshopper в среде Rhinoceros

3. –абочий процесс использовани€ SOFiSTiK в св€зке Rhinoceros

»нтерфейс SOFiSTiK Rhinoceros €вл€етс€ продолжением модели 3D NURBS Rhinoceros. ќн предоставл€ет функционал дл€ создани€ конечно-элементной модели и передачи данных из Rhinoceros в SOFiSTiK FEA дл€ анализа. јналитические свойства, такие как материал, сечени€ или граничные услови€, могут быть назначены объектам Rhinoceros.  онечно-элементна€ модель может быть создана непосредственно в Rhinoceros через панель инструментов SOFiSTiK. ѕанель инструментов также обеспечивает доступ к программам SOFiSTiK, таким как SOFiSTiK Structural Desktop, Teddy, Animator и Wingraf.

»нтерфейс Rhinoceros включает функции дл€ создани€ точек, линий, областей и св€зей дл€ аналитической модели.

SOFiSTiK и Grasshopper

¬ид Rhinoceros дл€  Ё сетки SOFiSTiK

»нтерфейс Rhinoceros обеспечивает пр€мой рабочий процесс от создани€ геометрии в Rhinoceros до аналитической модели в SOFiSTiK без необходимости написани€ сценариев. ≈го функциональные возможности ограничены геометрией, но рабочий процесс можно легко комбинировать с помощью встроенного в AutoCAD средства моделировани€ SOFiPLUS (задание геометрии, нагрузки и осей).

»нтерфейс Rhinoceros можно комбинировать/дополн€ть с помощью элементов Grasshopper. Ёлементы, созданные в Grasshopper, можно передать командой УbakeФ в Rhino (создать объект Rhino из объекта Grasshopper) и использовать в дальнейшем как объекты Rhinoceros (создание сетки + создание элементов в SOFiSTiK). “акие элементы типа УbakedФ передаютс€ из Grasshopper в Rhinoceros в одном направлении, поэтому св€зь, образуема€ между объектами, €вл€етс€ разорванной. ѕри внесении изменений в Grasshopper пользователь также должен повторить выполнение команды УbakeФ дл€ обновлени€ данных в модели. „тобы поддерживать св€зь между параметризацией и анализом, рекомендуетс€ пр€мой сценарий от Grasshopper до SOFiSTiK.

 омпоненты Grasshopper
SOFiSTiK разработал компоненты дл€ Grasshopper, которые можно бесплатно скачать и использовать.  омпоненты публикуютс€ в соответствии с лицензионным соглашением MIT, которое позвол€ет использовать программное обеспечение и в коммерческих случа€х.

 омпоненты создают необходимые данные (текстовый файл на основе CADINP) в Grasshopper дл€ генерации модели в SOFiSTiK. Ѕолее того, они поддерживаютс€ путем создани€ входного файла, €вл€ющегос€ св€зью между Grasshopper и SOFiSTiK.  омпоненты, включа€ инструкции и примеры, доступны по адресу https://github.com/SOFiSTiK.

SOFiSTiK и Grasshopper

 омпоненты SOFiSTiK дл€ Grasshopper

—оздать

ƒоступны следующие компоненты:

create —оздать файл проекта
create —оздать оси геометрии
create —оздать нагрузки (номер случа€ загружени€, нагрузки по площади, линии и в точке + исходные данные дл€ модул€ SOFiLOAD)
create —оздать структурные компоненты (плоскость, лини€ и точка + исходные данные дл€ модул€ SOFiMSHC)

Ёти компоненты создают данные CADINP на основе объектов Grasshopper (точка, площадь, лини€) с заданными параметрами и значени€ми (например силой сосредоточенной нагрузки в виде вектора). Ёти данные аналогичны использованию CADINP в качестве встроенного препроцессора в SOFiSTiK.

SOFiSTiK и Grasshopper

»спользование компонентов SOFiSTiK дл€ Grasshopper

 роме стандартных данных, можно создавать собственные данные непосредственно в Grasshopper с помощью сценариев/скриптов (Python, C #, VB) или с помощью более удобных дл€ пользовател€ встроенных компонентов Grasshopper, не требующих знани€ €зыков программировани€. ѕр€мые сценарии легки в использовании дл€ пользователей, хорошо знакомых с CADINP.

4. –абота с интерфейсом взаимодействи€

ѕоскольку интерфейс Rhinoceros или предоставл€емые компоненты Grasshopper не содержат инструментов, необходимых дл€ анализа и проектировани€, то может и должен использоватьс€ другой постпроцессор SOFiSTiK. ‘ункциональна€ совместимость между приложени€ми зависит от происхождени€ модели, а также от процедуры генерации. Ѕолее того, данный интерфейс включает не весь необходимый функционал. “ем не менее, представленна€ методика разработана с учЄтом всех практических требований.

ѕреимущества генерации открытых данных и множественных пользовательских интерфейсов заключаютс€ в том, что работа может быть выполнена с помощью лучшего инструмента/приложени€, завис€щего от задачи.

Ќиже представлены 7 шагов методики использовани€ Rhinoceros, Grasshopper, SOFIPLUS и TEDDY.

Ўаг 1.  ривые контура поверхности свободной формы создаютс€ в Rhino3D. —ама поверхность создаЄтс€ в Grasshopper.

SOFiSTiK и Grasshopper

Ўаг 2. —оздание параметрического выреза в поверхности с помощью цилиндра с заданным центром и размером в Grasshopper.
SOFiSTiK и Grasshopper

Ўаг 3. “рансфер геометрии Ц команда УbakeФ (экспорт данных/геометрии из Grasshopper в Rhinoceros) в Rhinoceros. —войства дл€ линий контура и поверхности создаютс€ в SOFiSTiK Rhinoceros-InterfaceФ и

Ўаг 4. сама расчЄтна€ модель ( Ё-сетка) создаЄтс€ напр€мую в Rhinoceros.

SOFiSTiK и Grasshopper

Ўаг 5. »мпорт модели в SOFIPLUS, дополнение еЄ нагрузками и повторна€ триангул€ци€.
SOFiSTiK и Grasshopper

Ўаг 6. —озданные нагрузки могут быть конвертированы в формат задачи TEDDY (CADINP), так как может возникнуть необходимость повторно триангулировать модель (в случае если SOFIPLUS не будет способен создать такую же комплексную сетку, как в Rhinoceros (поверхности типа B-reps)).
SOFiSTiK и Grasshopper

Ўаг 7.  огда вс€ необходима€ геометри€ и данные о нагрузках сгенерированы и добавлены в базу данных, дальнейший расчЄт и анализ может быть продолжен в SOFiSTiK Structural Desktop согласно стандартным методикам.
SOFiSTiK и Grasshopper

5. —оздание данных SOFiSTiK напр€мую через Grasshopper

ѕри создании нового проекта с помощью SOFiSTiK первична€ информаци€ о проекте определ€етс€ выбором соответствующего нормативного документа. ¬се библиотеки с базовой информацией (материалами, сечени€ми, системами преднапр€жени€) обычно определ€ютс€ тоже в самом начале Ц за исключением выбранных препроцессоров. ƒанна€ информаци€ обычно задаЄтс€ в SOFiSTiK Structural Desktop при создании нового проекта.
5.1 —оздание геометрии
ќбъекты (точки, линии и поверхности), заданные напр€мую в Rhinoceros или Grasshopper, могут быть также распознаны как структурные элементы ѕ  SOFiSTiK. ƒанные дл€ ѕ  SOFiSTiK могут быть сгенерированы как с помощью интерфейса Rhinoceros, так и напр€мую через Grasshopper. –абочий процесс при использовании Grasshopper включает компоненты SOFiSTiK, которые содержат входные данные дл€ создани€ сетки конечных элементов. ѕользователь также может создать необходимые данные путЄм ручного ввода скриптов/сценариев и программных кодов. ћануальный текстовый ввод (создание скриптов) позвол€ет пользователю иметь доступ к расширенному функционалу, включЄнному в ѕ  SOFiSTiK (CADINP).
SOFiSTiK и Grasshopper

ƒанные SOFiSTiK, сгенерированные с помощью линий Rhinoceros компонентами и скриптом вручную

—труктурные оси €вл€ютс€ базовыми элементами дл€ проектировани€ мостов и остальных линейных сооружений.   ос€м могут быть прив€заны как элементы дорожного полотна, так и структурные расчЄтные элементы и их поперечные сечени€ (параметрически согласно функции/с канатами преднапр€жени€ и т. д.). ќси могут быть созданы параметрически компонентами Grasshopper дл€ описани€ геометрии. јльтернативно геометри€ осей может быть импортирована в Rhinoceros из внешних ресурсов.  огда така€ внешн€€ геометри€ обновлена до нужного формата (преобразована в Rhinoceros), все св€занные с ней элементы будут соответственно тоже обновлены.
SOFiSTiK и Grasshopper

¬нешние кривые, прив€занные к оси и данным, созданным с помощью компонентов SOFiSTiK. ѕеременные (расположение опор), заданы вдоль оси

5.2 Ќагрузки
 омпоненты SOFiSTiK в Grasshopper обеспечивают простой способ использовани€ преимуществ сложных геометрий дл€ определени€ нагрузок. “очечные, поверхностные и линейные нагрузки могут быть размещены на элементах конструкции и изменены в случае изменени€ геометрии конструкции автоматически. ƒанные, определенные дл€ нагрузок, также измен€тс€ соответственно.
SOFiSTiK и Grasshopper

«адание нагрузки на поверхность дл€ элемента сложной области с помощью компонента нагрузки SOFiSTiK (см. 4.1)

5.3 —войства поперечных сечений
ѕоперечные сечени€ дл€ элементов балки можно выбрать из библиотеки сечений SOFiSTiK (в SOFiSTiK Structural Desktop), использу€ другие стандартные сечени€ (в SOFiSTiK Structural Desktop или с помощью скриптов (сценариев) CADINP) или определение сплошного или тонкостенного сечений пользователем. —очетание нескольких программ AQUA также возможно. ѕользователь может выбрать наиболее удобный способ, чтобы сделать определение доступным дл€ SOFIMSHA/C до создани€ сетки. ѕоперечные сечени€ из других проектов, баз данных и библиотек тоже могут быть импортированы.
SOFiSTiK и Grasshopper

»мпорт поперечных сечений из другой базы данных

ƒл€ поверхностей (элементов QUAD) легко задать толщину напр€мую, даже если используютс€ компоненты или пр€мой сценарий. ≈стественно, так как выбор свойств стандартных компонентов ограничен и зависит от требуемого ввода, пользователь должен найти наиболее удобный способ (например, дл€ ортотропии или других дополнительных требований).
SOFiSTiK и Grasshopper

“олщина дл€ поверхности, указанна€ в SOFiSTiK Structural Area component

6. SOFiSTiK јнализ и проектирование

ѕоскольку данные создаютс€ и импортируютс€ в SOFiSTiK Structural Desktop, пользователь может следовать стандартным рабочим процессам SOFiSTiK. ¬се шаблоны, скрипты практики, используемые в типичном рабочем процессе, €вл€ютс€ действительными и годными к использованию и в данном случае.

ѕараметрические данные из Grasshopper могут быть переданы в папку проекта и автоматически включены в SOFiSTiK (#include + filename ... это особенные команды SOFiSTiK Teddy), так что последние данные доступны в любое врем€. —ледует помнить, что ответственность за обновление данных несет пользователь, особенно когда обновлени€ не нужны. ¬ Grasshopper папка дл€ потоковой передачи данных €вл€етс€ пр€мым определением.  опирование скриптов (сценариев) из предыдущих проектов также включает потоковую передачу данных в определенные папки/файлы (старые данные автоматически перезаписываютс€).

SOFiSTiK и Grasshopper

√еометри€ модели определена в Grasshopper и импортирована в SOFiSTiK

ѕоскольку все задачи в SOFiSTiK Structural Desktop можно преобразовать в задачи CADINP (см. меню щелчка правой кнопкой мыши дл€ всех задач в SOFiSTiK Structural Desktop), они могут быть созданы непосредственно в Grasshopper или любом другом инструменте предварительной обработки, который пользователь считает наиболее эффективным (например REVIT или AutoCAD). ѕоскольку задачи могут быть сгенерированы инструментом параметрической предварительной обработки, они также могут быть полностью параметризованы. —тепень параметризации зависит от пользовател€. Ёто может быть простой текстовый блок (даже если это копирование/вставка из Excel) или расширенный формат, который описываетс€ в данном тексте.

7. ѕример применени€ дл€ балочного моста

ѕараметризаци€ проекта и всего рабочего процесса может быть написана на заказ и настроена дл€ различных уровней сложности и типов структур. —крипты (сценарии) допускают динамические, мгновенные изменени€, которые отражаютс€ графически. јнализ и дизайн €вл€ютс€ итеративным процессом. Ѕолее того, именно в этом и заключаетс€ преимущество повтор€ющихс€ задач и очень быстрой оценки вариантов дизайна.

–азные страны имеют разные типовые или стандартные типы мостов. ¬ приведенном ниже примере используетс€ австралийский Australian PSC Super-T Girders.

ѕользователь определ€ет вертикальную геометрию моста и опор как пунктов на этой оси.

SOFiSTiK и Grasshopper

ѕользователь задаЄт основную информацию о геометрии моста:

  • —вес
  • “олщина слоев асфальта
  •  оличество балок
  • ƒлина балки в конце
  • «азор между балками (при опоре)
  • “олщина плиты
  • ѕредопределенный тип балки (вкл. геометрию + свойства поперечного сечени€)
  • –ассто€ние между балками
Ќа основании вышеуказанной информации может быть создана полноценна€ расчЄтна€ модель.
SOFiSTiK и Grasshopper

¬изуализаци€ расчетной модели с 4-пролетными / 8-балочными непрерывными надстройками Super-T, созданными на основе только данных, описанных ниже

SOFiSTiK и Grasshopper

√енераци€ данных в SOFiSTiK также может быть автоматизирована через Grasshopper. «десь были представлены все данные предварительного напр€жени€, в том числе:

  • ѕлощадь и марка стали
  • Ќапр€жение дл€ предварительного напр€жени€
  • Ётап конструкции дл€ предварительного напр€жени€
  • —лучай загружени€ дл€ предварительного напр€жени€
  •  оличество пучков дл€ каждого сло€
  • —лои пучков (рассто€ние от низа или вершины)
  • ƒлина рукава дл€ каждой группы пучков
Ќа основании приведенных выше данных дл€ SOFiSTiK была создана полноценна€ расчетна€ модель. –абочий процесс включал в себ€ создание геометрии, свойств поперечного сечени€ и предварительного напр€жени€, а также этапов строительства. ƒополнительные нагрузки могут быть добавлены/изменены дл€ каждого отдельного варианта загружени€ в SOFiSTiK Structural Desktop. Traffic loader (задача дл€ анализа подвижных нагрузок) может быть использована дл€ анализа вли€ни€ нагрузки в реальном времени, а также автоматически использовать стандартные конструктивные особенности.

SOFiSTiK и Grasshopper

ћодель SOFiSTiK точно соответствует геометрии модели

SOFiSTiK и Grasshopper

Ётапы строительства составлены в виде скрипта (сценари€), который учитывает автоматически: прогон DL / предварительное напр€жение / ползучесть и усадку / бетонирование плиты / асфальтовые слои / финальные ползучесть и усадку.

јвтоматизированные шаблоны проектировани€ могут включать функции SOFiSTiK в зависимости от поставленной задачи. ќбычно провер€ют первое и второе предельное состо€ние согласно нормативному документу страны пользовател€.
SOFiSTiK и Grasshopper

Ќапр€жени€ бетона t=oo в верхнем/нижнем полотне сечени€ балки + в верхней части бетонной плиты

SOFiSTiK и Grasshopper

јвтоматическа€ проверка производительности в соответствии со стандартом проектировани€ (Md/Mu)

SOFiSTiK и Grasshopper

ѕ  SOFiSTiK автоматически создает отчет по расчетам дл€ документации (свойства модели, данные предварительного напр€жени€,Е)

ќбщие рекомендации дл€ параметризации моста
—уществующие скрипты могут быть повторно использованы, обновлены и изменены. ѕолна€ доступна€ информаци€ о геометрии предоставл€ет разработчику возможность использовать одни и те же точные данные дл€ глобальных и локальных моделей анализа, дл€ элементов балки, поверхностей или объемных элементов, просто, когда разработчик захочет провести структурный анализ. ѕользователи также могут оптимизировать свои рабочие процессы, создава€ компоненты, кластеры и шаблоны.
SOFiSTiK и Grasshopper

¬нешн€€ геометри€;    геометри€ считываетс€ по оси моста

“ипичные проблемы в информационном моделировании св€заны с проектами мостов, где геометри€ может быть сложной, что часто приводит к корректировкам на более поздней стадии проекта.
SOFiSTiK и Grasshopper

ћостовые конструкции параметризованы на внешней геометрической оси и реагируют на все изменени€ самой геометрической оси

SOFiSTiK и Grasshopper

–асчетные модели могут быть автоматизированы в соответствии с обновленной геометрией

ќткрытые данные также позвол€ют использовать информацию дл€ различных приложений. ƒоступно множество сторонних приложений дл€ расширени€ возможностей Grasshopper.
SOFiSTiK и Grasshopper

—озданные данные могут соответствовать требовани€м информационного моделировани€, а исходные данные дл€ анализа SOFiSTiK полностью основаны на решении пользовател€

8. «аключение

ѕомимо прочего, преимущество наличи€ интеллектуального API (интерфейса программировани€) и еще более интеллектуального интерфейса скриптов дает всем пользовател€м возможность передавать данные анализа SOFiSTiK из различных инструментов/программ. “ак как сам SOFiSTiK уже полностью параметрический Ц Grasshopper кажетс€ идеальным, мощным, довольно простым дл€ изучени€ и, прежде всего, нейтральным форматом данных. Ёто соответствует общему подходу BIM; его можно комбинировать с другими платформами BIM, такими как Revit (и его эквивалент Dynamo). —уществуют сторонние платформы (например https://speckle.works), также предлагающие такой обмен данными.




¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: ƒл€ реального внедрени€ »», облаков, BIM и любых инноваций требуетс€ посто€нна€ всеобща€ коррекци€ менталитета
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

 онструктивное преображение Renga Structure — ƒарина —ергеева, маркетинг-менеджер Renga Software (19 сент€бр€ 2019)
isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2019 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.