專利名稱：基于vb的建筑物滑動遷移模型參數(shù)化建模的優(yōu)化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及建筑物計算機建模技術，特別是涉及框架結構建筑物遷移模型的參數(shù) 化及優(yōu)化方法。
背景技術：
由于建筑物整體遷移技術具有工程造價低、工期短、對人們的生活和工作影響小、 同時能夠減少建筑垃圾對環(huán)境的污染等優(yōu)點，取得了顯著的經(jīng)濟技術效益、社會效益、環(huán)保 效益，因此在國內(nèi)外得到了迅猛發(fā)展。然而目前的設計和施工主要依賴于經(jīng)驗，缺乏系統(tǒng)的、科學的理論依據(jù)。國內(nèi)對建 筑物遷移的研究存在很多局限性。1)國內(nèi)的分析軟件大多僅針對某一具體的建筑物進行建 模分析，不具有通用性，再開發(fā)性差；2)國內(nèi)對模型的托架，斜撐，斜柱等構件多局限于局 部優(yōu)化，不能考慮構件的綜合影響；3)現(xiàn)有的分析方法對建筑物未知的受力狀況的分析存 在較大困難，很難根據(jù)軌道不平度的差異作出相應的改變；4)現(xiàn)有的分析軟件都需要專業(yè) 人員來操作，一股技術施工人員很難理解其過程。5)現(xiàn)有的研究多針對以在上軌道梁下鋪 設滾柱的方式實現(xiàn)遷移的建筑物，然而這種遷移存在缺點，而以液壓缸滑動實現(xiàn)遷移的方 式能很好的避免上種方式的缺點，但國內(nèi)對這種方式的遷移研究卻很少。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明提出了一種基于VB的建筑物滑動遷移模型參數(shù)化建 模的優(yōu)化方法，利用圖形化界面和計算機處理方式來實現(xiàn)建筑物遷移模型的參數(shù)化建模的 優(yōu)化設計。本發(fā)明所提出的基于VB的建筑物滑動遷移模型參數(shù)化建模的優(yōu)化方法，利用圖 形界面進行相關建筑參數(shù)的輸入，利用計算機實現(xiàn)建筑物的參數(shù)化建模以及對參數(shù)化模型 進行優(yōu)化處理，該方法包括以下步驟通過圖形化界面進行參數(shù)化輸入、托架形式選擇、模型優(yōu)化、結果輸出；用ANSYS的APDL語言編寫參數(shù)化的用于模擬滑動遷移建筑物受力狀況的模型程 序，加載求解程序；調(diào)用通過界面輸入?yún)?shù)產(chǎn)生的參數(shù)化宏文件和ANSYS批處理程序。批處理程序內(nèi) 容包括單元的選取及定義，參數(shù)化模型的建立，載荷加載，約束的施加，以及求解設置，運 行程序進行求解，得到運行結果，即各頂升位置被全部約束后的靜力學求解結果；提取上述運行結果中頂升力的合力和各個和重力方向相同的支反力的分力，同時 根據(jù)現(xiàn)有信息(路面不平度，液壓缸安全裕度，路面長度，液壓缸數(shù)目，軌道數(shù)目，運行路面 程序，路面程序包括步驟根據(jù)輸入的液壓缸數(shù)目及相對位置關系確定每組產(chǎn)生數(shù)據(jù)的形 式，確保一組軌道上頂升缸所走路面是同一個路面；根據(jù)隨機點長度和步距長度確定一斜 坡路面上積分點數(shù)目；根據(jù)移動距離和隨機點長度確定隨機路面上斜坡的個數(shù)；根據(jù)最低 點和最高點數(shù)值確定產(chǎn)生數(shù)據(jù)的范圍，把運行的結果存儲為數(shù)組；
調(diào)用數(shù)組，對其進行處理，步驟為首先把數(shù)組中路面不平度轉化為頂升力的變化 值，接著根據(jù)上一時刻液壓缸頂升力值和得到的頂升力變化值計算得到下一時刻頂升力的 近似值，然后讓得到的頂升力與建筑物重力相比較，得到的差值平均分到每一個頂升缸上， 最后計算得到下一時刻要施加的頂升力，把其轉化為一組組的頂升力，賦給頂升支點，進行 瞬態(tài)動力學運算；輸出求解的各個載荷步結果，例如讀取第一個載荷步的結果，顯示Y方 向的位移云圖；讀取第二個載荷步的結果；顯示Y方向的位移云圖；把軸向壓力輸出形式定 義為表格；把彎矩的輸出形式定義為表格；操作者可根據(jù)情況選取任一子步進行下一步的 優(yōu)化；編寫優(yōu)化程序，把需優(yōu)化的子步數(shù)、狀態(tài)變量、優(yōu)化變量、目標變量以及變化范圍 都設為參數(shù)；在界面上輸入需要設置的狀態(tài)變量、優(yōu)化變量、目標變量、并設置其范圍，用VB調(diào) 用優(yōu)化程序，進行求解；輸出優(yōu)化結果，把最優(yōu)化的構件參數(shù)賦給程序中的參數(shù)，調(diào)用數(shù)字化路面生成結 果，經(jīng)過適當處理后，轉化為頂升缸的頂升力，設置瞬態(tài)動力學求解方式，分別對各子步進 行求解運算，求解運算包括1.設計變量的初始值，進行求解運算；2.構造目標函數(shù)3.定 義狀態(tài)變量參數(shù)；4.生成優(yōu)化分析文件；5.進入優(yōu)化處理器并指定分析文件；6.定義設計 變量的范圍；7.定義優(yōu)化狀態(tài)變量；8.設置質量、應力、彎矩、剪力、軸向力、應變中其一為 目標函數(shù)；9.存儲優(yōu)化數(shù)據(jù)庫；10指定優(yōu)化方法，運行優(yōu)化程序，并輸出優(yōu)化結果，包括列 出最佳設計序列列出所有設計序列，列出質量迭代過程，列出最大應力迭代過程，顯示界 面尺寸的迭代過程。把結果有選擇的輸出到word模板上，供施工技術人員做判斷依據(jù)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用VB作為開發(fā)軟件，具有編程直觀、占用內(nèi)存小，執(zhí)行 代碼速度快、兼容性強、能快速生成可執(zhí)行程序等優(yōu)點；本發(fā)明中遷移建筑物各構件都形成 參數(shù)化設置且對托架形式也能進行選擇，適用性廣；借助VB可視化的輸入和輸出界面，通 過調(diào)用ANSYS的APDL建模分析語言，最后將相關數(shù)據(jù)導出到指定文件中。該方法在很大程 度降低了 ANSYS的使用難度，面向對象更廣，為一股的施工技術人員提供了良好的設計平 臺。本發(fā)明能對多個參數(shù)進行優(yōu)化，也可選擇不同的目標函數(shù)，進行優(yōu)化；本發(fā)明不僅能對 優(yōu)化前的遷移建筑物進行數(shù)字化模擬，而且也能對優(yōu)化后的遷移建筑物進行數(shù)字化路面能 模擬，增加了選擇性和對比性；本發(fā)明根據(jù)建筑物規(guī)范以及破壞標準，編寫了 word模板，可 為技術人員提供參考依據(jù)。


圖1為本發(fā)明的基于VB的建筑物滑動遷移模型參數(shù)化建模的優(yōu)化方法流程圖。圖2為本發(fā)明的基于VB的建筑物滑動遷移模型參數(shù)化建模的優(yōu)化方法的圖形化 界面圖。
具體實施例方式本發(fā)明用于實施的硬件環(huán)境是pentium-44. 2G計算機，2G內(nèi)存，512顯卡，運 行的環(huán)境是 ANSYS 11. 0，Microsoft Visual Basic 6. 0 和 Windows XP 系統(tǒng)。ANSYS
4軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件ANSYS ParametricDesign Language (ANSYS 參數(shù)化設計語言。如圖1所示，為本發(fā)明流程，該流程包括以下步驟步驟101，運行VB界面；步驟102，通過圖形化界面進行參數(shù)化輸入，包括建筑物模型基本幾何尺寸、材料、 單元以及載荷和求解參數(shù)、房間總數(shù)，活載荷數(shù)值，阻尼值。具體舉例說明，輸入?yún)?shù)包括一層樓高度、中間樓層高度、最頂層高度、一股房間 長度、中間房間長度、寬度、樓道寬、柱、梁、樓板、托架、斜柱的密度，彈性模量、泊松比、尺寸 (包括梁，柱的截面尺寸，以及樓板的厚度)、以及斜柱的位置；步驟103，對上述輸入?yún)?shù)自動生成APDL代碼；步驟104，選擇托架形式，針對不同的托架形式編寫不同的程序本發(fā)明編寫了九 種托架形式，其差異在于托架上斜撐的分布情況，其大體樣式包括是否有斜撐，有幾排斜 撐，斜撐的連接是平行方式，三角形方式還是四邊形方式；運行各托架形式相應的程序和參數(shù)化宏文件，參數(shù)化宏文件是指由步驟102參數(shù) 化輸入產(chǎn)生的參數(shù)txt文檔，運行結果為遷移建筑物模型；步驟105，調(diào)用ANSYS批處理程序，VB調(diào)用ANSYS方法如下VB中直接采用Shell函數(shù)，調(diào)用ANSYS以批處理的方式后臺運行。具體的調(diào)用方 式為在VB中寫入如下語句X = Shell(“ C:\ProgramFiles\ANSYS Inc\vllO\ANSYS\bin\intel\ansysllO. exe -b -iinputfile. txt~o outpufile. out")這里的-b參數(shù)表示ANSYS以批處理方式運行。inputfile. txt是起始輸入文件， 實際上是用APDL語言編寫的宏文件，可以把需要在Ansys中自動運行的命令直接寫在其 中，outpufile. out為輸出文件，通過查看結果文件，可以避免程序的錯誤輸出。由于各種參數(shù)選取的不同，需要調(diào)用不同的APDL程序語言，而且在輸出過程中， 也需要保存大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫的建立尤為重要。本軟件選用MS ACCESS數(shù)據(jù)庫，這樣建立的 數(shù)據(jù)庫與VB程序為無縫連接。在本軟件包的編制過程中，我們采用的是VisualBasic 6.0 軟件，用DA0(Data Access Object，即數(shù)據(jù)訪問接口)方式建立及編輯數(shù)據(jù)庫。參數(shù)化輸入產(chǎn)生另一個宏文件(即由ANSYS的APDL語言編寫的批處理程序)，故 調(diào)用ANSYS運行程序時需運行這兩個宏文件，。當系統(tǒng)有兩個宏文件al. mac和a2. mac時， 在a2. mac調(diào)用a. mac的程序如下*ulib，路徑 \al，mac ！調(diào)用 al 文件*use，al！讀取 al 宏文件步驟106，調(diào)用數(shù)字路面進行瞬態(tài)求解提取上面的運行結果的支反力合力，賦值 給建筑物重力參數(shù)G，并提取各被約束的頂升點的支反力(重力方向)，存為數(shù)組形式，把其 作為瞬態(tài)動力學分析的初始頂升力。根據(jù)頂升液壓缸的數(shù)目，自定義路面不平度的大小，遷 移每步所走的路面長度，總的遷移路程，數(shù)字路面的數(shù)據(jù)形式，編寫路面程序，該路面程序 包括步驟根據(jù)輸入的液壓缸數(shù)目及相對位置關系確定每組產(chǎn)生數(shù)據(jù)的形式，確保一組軌 道上頂升缸所走路面是同一個路面；根據(jù)隨機點長度和步距長度確定一斜坡路面上積分點 數(shù)目；根據(jù)移動距離和隨機點長度確定隨機路面上斜坡的個數(shù)；根據(jù)最低點和最高點數(shù)值
5確定產(chǎn)生數(shù)據(jù)的范圍。運行該路面程序，并把每個液壓缸所要經(jīng)過的路面數(shù)據(jù)存儲為一個 數(shù)組，并按照初始頂升力所對應的頂升點順序編號。對數(shù)據(jù)的處理方法如下假設路面不平度為士H mm，每變化1mm液壓缸變化A P/ H，初始狀態(tài)其中某一頂升力為460000N，下一個狀態(tài)相對高度為2mm，則下一個狀態(tài)該位置 頂升力為460000+2X AP/H(N).每一狀態(tài)的頂升力都是根據(jù)前一狀態(tài)計算得到。由于生 成的每組數(shù)據(jù)的總和并不一定等于建筑物重力，故為了保證每組數(shù)的總和與建筑物重力相 等，設M為每組數(shù)累加的總和，則在每次每組數(shù)調(diào)用之前，先比較M與G的值是否相等，如果 相等，則直接調(diào)用數(shù)組的該組數(shù)；如果不等則將(G_M)/N的值分別加到該組數(shù)的所有數(shù)，N 為液壓缸數(shù)目，然后將得到的新的一組數(shù)賦值給頂升點。由于液壓缸由一種狀態(tài)進入下一 種狀態(tài)不是突變的，及液壓缸的頂升力也是漸變的，故設定子步條件時，設定頂升力成線性 變化，時間則根據(jù)遷移速度，液壓缸間距及計算機計算時間綜合考慮。步驟108，對輸出結果，設計人員根據(jù)選擇進行優(yōu)化輸出各子步數(shù)據(jù)結果和圖形 到MS ACCESS數(shù)據(jù)庫，供施工人員參考比較。ANSYS輸出圖片代碼如下/P0ST1/SHOW, JPEG,，PLNS0L，EPT0，EQV，0，1 0/GFILE，500/SHOW, CLOSE/RENAME, fileOOO, jpg, tosOOl,，VB加載圖形的命令為Picturel. Picture = LoadPicture (" <VB> 圖形名 jpeg〃 )在程序界面可以調(diào)用查看ANSYS處理結果圖片。優(yōu)化程序步驟如下①將選取的子步數(shù)，狀態(tài)變量，優(yōu)化變量，目標變量以及變化范圍都參數(shù)化；②提取該子步得到的結果，比如柱，梁，樓板，托架所受的最大應力，位移，彎矩等， 并將這些值以一定參數(shù)表示；③定義求解方式；求解并輸出求解最優(yōu)化結果。步驟109，在界面上輸入選擇的子步數(shù)，以及優(yōu)化的相關參數(shù)數(shù)據(jù)(例如如果求 解的目標是在使托架的最大應力不超過一定值時使托架材料最省，則需要設定斜柱的位置 及截面尺寸，托架的截面尺寸為設計變量，樓板，梁柱的最大應力，彎矩，剪力為狀態(tài)變量， 托架的總體積為目標變量)后，調(diào)用優(yōu)化程序和參數(shù)輸入宏文件；步驟110，進行求解運算，求解運算包括1.設計變量的初始值，進行求解運算； 2.構造目標函數(shù)3.定義狀態(tài)變量參數(shù)；4.生成優(yōu)化分析文件；5.進入優(yōu)化處理器并指定 分析文件；6.定義設計變量的范圍；7.定義優(yōu)化狀態(tài)變量；8.設置質量為目標函數(shù)；9.存 儲優(yōu)化數(shù)據(jù)庫；10指定優(yōu)化方法，運行優(yōu)化程序，并輸出優(yōu)化結果，包括列出最佳設計序 列列出所有設計序列，列出質量迭代過程，列出最大應力迭代過程，顯示界面尺寸的迭代 過程。步驟111，根據(jù)優(yōu)化結果，選擇最優(yōu)化模型的數(shù)據(jù)。在VB界面上輸入原建筑物數(shù)據(jù)和優(yōu)化后的數(shù)據(jù)，建立優(yōu)化的遷移模型；步驟112，根據(jù)步驟步驟107的方法調(diào)用數(shù)字化路面，對最優(yōu)化模型進行求解。輸 出結果到word模板和MS ACCESS數(shù)據(jù)庫在word模板里，本發(fā)明給出判斷立柱，梁，樓板被壓裂，剪斷和由于彎矩或撓度過 大而破壞的公式。公式中可能用到的參數(shù)都會在模板中注明，且公式中有關建筑物相關尺 寸的代碼跟VB界面和APDL程序中建筑物尺寸代碼保持一致。模板中還包含各類建筑物構 件危險點的位置和最大應力，彎矩，剪力等具體數(shù)值。利用VB把ANSYS中遷移模型的相關 尺寸，以及求解結果輸出到word文檔相應的位置。設計人員只需稍加計算就可清楚遷移建 筑物的安全狀況。相關程序如下Dim wApp As New Word. ApplicationDim wDoc As Word. DocumentSet wDoc = wApp. Documents. 0pen( “in，，)‘in為輸入文件的地址wApp. Visible = FalsewDoc. Tables (i). cell (j, k). rang, text = strOO‘i，j，k為序號數(shù)字，strOO為從VB讀取的數(shù)據(jù)wDoc. SaveAs_Filename: = Workbook. PathwApp. QuitSet wDoc = NothingSet wApp = Nothing如圖2所示，為本發(fā)明的界面圖，當點擊VB界面的參數(shù)化編程時，出現(xiàn)參數(shù)化輸入 界面，實際應用時會在界面上保留一股建筑物的一組參數(shù)，供使用人員參考，輸入完成后， 參數(shù)輸入保存為宏文件。
權利要求
一種基于VB的建筑物滑動遷移模型參數(shù)化建模的優(yōu)化方法，利用圖形界面進行相關建筑參數(shù)的輸入，利用計算機實現(xiàn)建筑物的參數(shù)化建模以及對參數(shù)化模型進行優(yōu)化處理，該方法包括以下步驟通過圖形化界面進行參數(shù)化輸入、托架形式選擇、模型優(yōu)化、結果輸出；用ANSYS的APDL語言編寫參數(shù)化的遷移建筑物模型程序，加載求解程序；調(diào)用通過界面輸入?yún)?shù)產(chǎn)生的參數(shù)化宏文件和ANSYS批處理程序，進行求解，得到運行結果，即各頂升位置被全部約束后的靜力學求解結果；提取上述運行結果中頂升力的合力和各個和重力方向相同的支反力的分力，同時根據(jù)現(xiàn)有信息，運行路面程序，所述路面程序包括步驟根據(jù)輸入的液壓缸數(shù)目及相對位置關系確定每組產(chǎn)生數(shù)據(jù)的形式，確保一組軌道上頂升缸所走路面是同一個路面；根據(jù)隨機點長度和步距長度確定一斜坡路面上積分點數(shù)目；根據(jù)移動距離和隨機點長度確定隨機路面上斜坡的個數(shù)；根據(jù)最低點和最高點數(shù)值確定產(chǎn)生數(shù)據(jù)的范圍，把運行的結果存儲為數(shù)組；調(diào)用數(shù)組，對其進行處理，步驟為首先把數(shù)組中路面不平度轉化為頂升力的變化值，接著根據(jù)上一時刻液壓缸頂升力值和得到的頂升力變化值計算得到下一時刻頂升力的近似值，然后讓得到的頂升力與建筑物重力相比較，得到的差值平均分到每一個頂升缸上，最后計算得到下一時刻要施加的頂升力，把其轉化為一組組的頂升力，賦給頂升支點，進行瞬態(tài)動力學運算，輸出求解的各個載荷步結果；編寫優(yōu)化程序，把需優(yōu)化的子步數(shù)、狀態(tài)變量、優(yōu)化變量、目標變量以及變化范圍都設為參數(shù)；在界面上輸入需要設置的狀態(tài)變量、優(yōu)化變量、目標變量、并設置其范圍，用VB調(diào)用優(yōu)化程序，進行求解運算，所述求解運算包括步驟設計變量的初始值，進行求解運算；構造目標函數(shù)；定義狀態(tài)變量參數(shù)；生成優(yōu)化分析文件；進入優(yōu)化處理器并指定分析文件；定義設計變量的范圍；定義優(yōu)化狀態(tài)變量；設置質量、應力、彎矩、剪力、軸向力、應變中其一為目標函數(shù)；存儲優(yōu)化數(shù)據(jù)庫；指定優(yōu)化方法，運行優(yōu)化程序，并輸出優(yōu)化結果，包括列出最佳設計序列列出所有設計序列，列出質量迭代過程，列出最大應力迭代過程，顯示界面尺寸的迭代過程；輸出優(yōu)化結果，把最優(yōu)化的構件參數(shù)賦給程序中的參數(shù)，調(diào)用數(shù)字化路面生成結果，經(jīng)過適當處理后，轉化為頂升缸的頂升力，設置瞬態(tài)動力學求解方式，分別對各子步進行求解；把結果有選擇的輸出到word模板上，供施工技術人員做判斷依據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于VB的建筑物滑動遷移模型參數(shù)化建模的優(yōu)化方法，涉及建筑物計算機建模技術，利用圖形界面進行相關建筑參數(shù)的輸入，利用計算機實現(xiàn)建筑物的參數(shù)化建模以及對參數(shù)化模型進行優(yōu)化處理，本發(fā)明采用VB作為開發(fā)軟件，具有編程直觀、占用內(nèi)存小，執(zhí)行代碼速度快、兼容性強、能快速生成可執(zhí)行程序等優(yōu)點；與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明中遷移建筑物各構件都形成參數(shù)化設置且對托架形式也能進行選擇，適用性廣；借助VB可視化的輸入和輸出界面，通過調(diào)用ANSYS的APDL建模分析語言，最后將相關數(shù)據(jù)導出到指定文件中。該方法在很大程度降低了ANSYS的使用難度，面向對象更廣，為一般的施工技術人員提供了良好的設計平臺。
文檔編號G06F17/50GK101923598SQ201010283859
公開日2010年12月22日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權日2010年9月16日
發(fā)明者楊瑞軍, 洪鷹, 金海陸 申請人:天津大學