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计算机仿真技术在大型吊装工程中的应用作者:王少辉,韩迪波,吴小强,李小燕,WANGShao-hui,HANDi-bo,WUXiao-qiang,LIXiao-yan作者单位:中十冶集团有限公司,陕西,西安,710043刊名:施工技术英文刊名:CONSTRUCTIONTECHNOLOGY年,卷(期):2008,37(2)被引用次数:0次参考文献(2条)1.王琦.董慧.赵伟3dsmax7大风暴20052.王小红.罗建阳建筑结构CAD--PKPM软件应用2004相似文献(10条)1.学位论文陈景运基于虚拟现实的船舶货物吊装仿真系统开发2007在港口装卸的船舶货物重量和体积,随着海运事业的发展不断增大,使得吊装的安全性和可行性很难预料,给船舶货物的装卸带来了很大的麻烦,从而增加了海洋运输的成本。为了解决这个问题,本课题从建立和开发船舶货物吊装仿真系统入手,模拟两台起重机协同吊装船舶货物的整个过程,检验吊装过程的安全性和可行性,制订吊装路径,较好地解决了船舶货物吊装问题。本文对船舶和起重机组成的物理系统做出了详尽的分析,得出了船舶货物在吊装过程中,吊装力与船舶、起重机的关系。对仿真系统的建模,采用了基于Multigen-Creator的多种软件相结合的建模方法,成功地实现了船舶复杂曲面的构建,给出了工程建模软件和仿真建模软件相互衔接的方法。本文分析了两台起重机协同吊装时,货物的一般空间运动规律,拟定了平行力吊装方案,建立了系统仿真的运动模型,阐述了以Vega为系统开发环境,以C++为软件平台,构建仿真系统的方法,并通过实例分析,说明了系统的应用方法和处理吊装路径输出数据的规则。研究表明,基于虚拟现实的船舶货物吊装仿真系统,能够很好的模拟船舶货物在空间的各种姿态调整,并输出货物的各个位置与起重机运转的关系,本系统较好的反映了吊装的实际情况,所得结论为指导船舶货物吊装和策划吊装方案提供了重要依据。2.学位论文张靖虚拟现实技术在吊装仿真与方案制定中的应用2009近几十年来,虚拟现实技术发展迅速,已经被应用于军事、航天、医疗等诸多领域。然而,目前在重工起重行业中,吊装方案的制定还停留在仅凭经验的手工方式,方案制定过程又十分繁重低效,难以预见吊装方案的实施结果,无法对吊装方案的有效性和可行性进行直观的分析。故此,研究将虚拟现实技术应用于重工起重领域,设计仿真工具,从而制定更加高效合理的吊装方案和降低吊装成本具有非常重要的现实意义。本文对渲染引擎OGRE和物理引擎Bullet进行深入的分析和研究,将二者进行扩展并结合在一起,作为吊装仿真的基础,形成了三维仿真系统的核心。主要研究内容如下:br ⑴以履带式起重机为例,分析了移动式起重机的特点,提出了包括渲染模型、碰撞模型、骨架模型和物理模型在内的混合建模方法,使吊装仿真系统同时具备了实时碰撞检测、距离计算、逼真的渲染效果和仿真动作等功能。br ⑵为了在吊装方案的预演中,发现潜在的危险,提前排除不可行方案,提高吊装方案的可靠性,并为起重机路径规划和站位设计打下基础,对碰撞检测算法进行深入的分析和研究,将包围体层次法和Bullet引擎的碰撞检测接口相结合,形成了广义/狭义二阶段碰撞检测和最小距离计算方法,实现了实时的碰撞检测和距离计算功能。br ⑶对A*寻路算法进行分析和研究,并将其初步的应用于起重机的路径规划中,优化了吊装方案。并使用精确碰撞检测功能检验路径的安全性,在保证安全的基础上,为制定更加高效合理的吊装方案奠定了基础。br ⑷介绍了巨型结构物吊装仿真系统的结构设计,并将以上研究内容结合在一起应用到该系统当中,很好的实现了吊装方案的仿真预演。经过实例验证,使用吊装仿真系统,在虚拟场景下模拟起重机的吊装作业,能够查看吊装方案实施的整个过程,提前排除不可行方案,并对多个方案进行有效对比,从而寻求最优方案。这就在很大程度上提高了吊装方案的可靠性,也减轻了方案设计人员的工作负担。3.会议论文杨晖柱.张其林大型平面钢桁架翻身吊装过程的计算机仿真2004大型平面钢桁架在翻身吊装施工过程中,结构的受力方式发生连续变化,且与吊装就位后的受力方式完全不同。构件在吊装过程中同时经历大幅度的刚体运动和不同程度的弹性变形。介绍了对吊装过程进行数值仿真的力学理论,研制了完整的仿真计算与三维图形处理软件,对一大跨度平面钢桁架翻身起吊的全过程进行了数值仿真计算,并将仿真结果制作了三维动画。该类仿真对大型结构单元的工吊装具有重要的参考价值。4.学位论文高洪6-3-3并联机器人机构学理论与应用研究2007本学位论文首先对并联机器人机构学理论按结构理论,运动学分析,工作空间分析,奇异性分析,动力学分析定以及尺度综合等6个主要研究专题进行了综述,阐述了各专题研究的意义及其内在关系,指出了当前并联机器人机构学研究中尚未解决的问题.由于目前对6自由度6-3-3并联机构动力学建模及其相关专题研究鲜有报道,而该并联机构既具有输出精度高、结构刚性好、承载能力强、便于控制且部件简单的优点,又具有逆位置解简单、唯一的特性,换言之,6-3-3并联机构既保留了一般并联机构的优点,又克服了一般并联机构正、逆向运动学多解的弊端,从而使其基于逆位置解的机构学专题研究易于贯彻且便于推广应用,因而应用潜力很大.又由于系统建模与仿真是分析、设计和研究复杂系统的一种基本的理论方法和重要的技术手段,故本文使用计算机仿真方法,系统地研究了与6自由度6-3-3并联机器人应用相关的机构学理论问题:运动学分析、支链干涉与奇异性分析、工作空间分析、动力学分析以及尺度综合等.其研究目的在于为该并联机构在精度高、动力性能好的场合的应用提供理论依据和技术支持.其研究思路是:先对该并联机构正、逆向运动学分析和仿真专题展开研究,再基于该机构逆运动学分析对其支链干涉检验、奇异性分析和工作空间分析专题进行研究,最后在前述研究基础上展开其逆动力学分析和仿真专题以及尺度综合专题研究.现将各专题研究的思路、方法和结论简述如下:1.6-3并联机构运动学分析:基于机构学理论和6自由度6-3-3并联机构基本几何关系结合MATLAB符号数学工具箱,推导得出了该并联机构位置正解方程组,进一步将该非线性方程组的求解问题转化为无约束优化问题:非线性最小二乘问题,提出了使用信赖域算法求解该优化问题的方法并通过数值计算求出了该机构有明确工程意义的正位置解.为该机构基于正向位置解的运动学标定研究提供了基础.在该机构逆运动学研究中,基于多体运动学推导得出了该机构逆运动学方程.给出了该机构具有唯一逆解的条件,证明了:该条件下其逆位置解的唯一性.通过MATLAB语言实现了该机构逆运动学仿真:即,滑块的位移、速度和加速度仿真;支链杆质心位移、速度和加速度仿真;支链杆角速度和角加速度仿真;动平台质心位移、速度和加速度仿真;动平台角速度和角加速度仿真;以球铰相联的滑块和支链杆相对角位移仿真以及以球铰相联的动平台和支链杆相对角位移仿真等.通过仿真分析指出:6-3-3并联机构运动时,各构件加速度矢量一般不是零向量或常向量,因而有惯性力存在且惯性力矢量是机构运动位形的函数;各构件角加速度矢量一般也不全是零向量或常向量,因而有惯性力偶矩存在且惯性力偶矩矢量是机构运动位形的函数.2.6-3-3并联机构的支链干涉和奇异性研究:提出了该机构支链干涉检验的动画仿真方法;为实现该机构的动画仿真,先推导得出了6-3-3并联机构运动时,其13个构件的运动方程,再基于其逆位置解在MATLAB平台上开发了该机构空间动画仿真程序,该动画检验法既避免了支链干涉检验常规方法--空间几何法的理论复杂性,又实现了支链干涉检验的可视化;通过动画仿真,验证了6-3-3并联机构因采用台体型结构,而使其6支链连杆在空间布置上有分层均布的特点减少了发生支链干涉的可能性.在该机构奇异性研究中,证明了一般并联机构奇异性判别矩阵:一阶影响系数矩阵与Jacobi矩阵的同一性,给出了并联机构奇异性判别矩阵的新形式;使用计算机仿真方法,将6-3-3并联机构奇异性检验范围扩大到一般空间--实现了动平台以给定姿态,其形心作任意空间运动时,该并联机构奇异性的检验;使用MATLAB语言开发了该机构奇异性仿真程序,通过算例仿真指出:对6-3-3并联机构,其动平台运动可具有一定的姿态变动能力,但当姿态角有较大变动时会出现奇异性现象:而动平台保持与静平台平行的定姿态平动时无奇异性现象出现;在6-3-3并联机构实际应用时,应按照实际任务轨迹进行其奇异性检验.3.6-3-3并联机构工作空间研究:提出了6-3-3并联机构在给定姿态下工作空间分析的计算机仿真方法,该方法要点是:对给定的三维空间,不需拆解支链杆,只需使用三维搜索法遍历该空间,基于该机构逆位移解,结合滑块运动范围、球铰链半锥角最大值、奇异性条件和支链干涉动画检验,即可排除该三维空间中位姿不可能点,同时显示其中位姿可能点集--工作空间边界三维图形,作为推论还给出了使用工作空间截交面检验其内部是否存在空腔的方法.为6-3-3并联机构的设计和轨迹规划提供了基础.4.6-3-3并联机构逆动力学研究:基于刚体动力学牛顿一欧拉法推导出了该机构逆动力学方程组,因该方程是系数矩阵为42x36的矩阵方程又提出了用矩阵QR分解求解该动力学方程组的方法,给出了其逆动力学仿真程序开发思路并通过MATLAB软件加以实现,通过空载和有载荷作用两种条件下的算例仿真和分析比较,验证了该动力学模型的正确性.在实物样机制造前,预测和改进该并联机构动力学特性以及提高其设计效率和减少设计制造成本方面具5.6-3-3并联机构应用研究:先分析在目前汽车装配线的模块化装配中,大件上线举升设备合装小车存在的不足--在对接中无自动找正功能而影响装配效率,基于6-3-3并联机器人机构学研究,指出以该机构替代合装小车则可以在举升或吊装对接过程中实现自动找正功能.结合该机构在汽车总装线实现大件吊装的应用功能要求,提出了基于功能满足准则的6-3-3并联机构尺度综合优化建模方法;从应用的角度、以能实现机构的使用功能为准则,即,主要以保证工作空间对任务轨迹的完整包容为准则,建立了该并联机构的尺度综合优化模型;并对基于该模型的一组解,使用前述几章开发的仿真程序就其工作空间对任务轨迹的完整包容情况、与任务轨迹对应的球铰链实际半锥角范围情况、与任务轨迹对应的支链干涉和奇异性情况等进行了检验,结果表明,6-3-3并联机构完全满足生产线大件吊装功能要求.5.学位论文郦寅大型设备吊装过程的计算机模拟1998该文目的在于探求一种解决吊装过程或设备进场有可能发生的干涉问题的计算机模拟方法,探索用3DStudio软件来解决该问题的可能性.首先,作者在一般性的了解CAD及三维图形仿真发展状况的基础上,联合运用了多种软件来为3DStudio软件建模;然后认识了3DStudio软件内部坐标系统和对节点数据结构定义,分析了吊装过程种种制约因素,由此建立了节点(Node)路径优化的基本思路的程序.最后将该程序所调整好的3DS文件渲染成动画.在屏幕上预演了设备的成功吊装.在全球出现迅猛的数字化趋势的今天,计算机仿真已是当今的热门话题;建筑安装业是国民经济的支柱产业,但其计算机应用水平,特别是应用于生产技术,尚落后于其它一些行业.该文提出的施工技术计算机辅助决策新思路,也拓宽了安装企业应用计算机的领域,并对后续工作有一定的指导作用.6.期刊论文吴芝亮.章青浮式起重船吊装过程的计算机仿真-中国海上油气(工程)2002,14(5)研究浮式起重船吊装过程的计算机仿真技术.从安全性上分析,对吊装过程进行理论建模、优化选择,并确定起重船的工作参数.利用计算机软件对吊装过程进行运动干涉检验和仿真,防止重物与障碍物的碰撞.该软件采用通用数据库技术,系统具有开放性和可扩展性,具有普遍的意义.7.学位论文吴芝亮履带式起重机吊装过程的仿真技术研究2003该文对吊机吊装过程进行力学分析,以及全过程的运动干涉检验和运动轨迹优化,采用面向对象的程序设计方法开发了计算机仿真软件TPCC(TransportationPlan
本文标题:计算机仿真技术在大型吊装工程中的应用
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