CC BY
15
|женерный вестник Дона, №3 (2018) on. ru/ru/magazine/archive/n3y 2018/5179
Трансляция геометрических моделей геодезических оболочек в
нейтральный SAT формат
А.Я. Лахов
Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет
Аннотация: Представлено описание методов обмена информацией между CAD и CAE системами. Приведено описание модульной системы проектирования и расчета на прочность геодезических оболочек GeoTran. Прямая трансляция геометрических моделей из ArchiCAD в Patran/Nastran/Dytran имеет недостатки. Предложено реализовать трансляцию геометрических моделей в нейтральный SAT формат. Разработан транслятор геометрических моделей одноконтурных геодезических оболочек из ArchiCAD в SAT формат. Транслятор позволяет автоматизировать обмен информацией между CAD системой ArchiCAD и различными CAE системами, предназначенными для прочностных расчетов.
Ключевые слова: обмен данными между CAD и CAE системами, нейтральный файл, форматы SAT и OBJ, геодезические оболочки, трансляция геометрических моделей.
Для проектирования строительных объектов в настоящее время применяются развитые CAD системы, как зарубежные (ArchiCAD, AutoCAD, Revit и др.), так и российские (КОМПАС, bCAD, T-FLEX CAD). Для расчета на прочность и устойчивость используются мощные CAE комплексы, как зарубежные (Nastran, Ansys, DesignSpace и др.), так и российские (АРМ Civil Engineering, T-FLEX Анализ, nanoCAD Механика).
В области САПР строительных объектов реализуется концепция BIM (Building Information Modeling) [1,2], предполагающая объединение в информационной модели здания всех подсистем и использование библиотек параметрических объектов. В области расчета на прочность стремятся выполнять комплексный анализ всего здания или сооружения, а не отдельных его элементов.
В настоящее время в ННГАСУ разработана CAD-CAE система модульного типа, основанная на библиотеке Geodome Library - сферических оболочек с геодезической разбивкой на элементы, предназначенная для проектирования геодезических куполов классической разбивки и расчета геодезических куполов в Patran/Nastran/Dytran на различные виды
|женерный вестник Дона, №3 (2018) on. ru/ru/magazine/archive/n3y 2018/5179
воздействий (расчеты на собственный вес, снеговую, ветровую и взрывную нагрузки)[3].
Обмен информацией между системой проектирования ArchiCAD и системой расчета на прочность MSC Software Patran/Nastran основывается на прямой трансляции по схеме OB J - SES файл препроцессора Patran[4]. Поэтому для выполнения прочностных расчетов можно использовать только одну расчетную систему.
Для обеспечения возможности выполнения прочностных расчетов в других расчетных системах обмен данными о геометрических моделях между CAD и CAE системами может быть основан на использовании промежуточного нейтрального формата (например, ArchiCAD - SAT - АРМ Civil Engineering) [5,6]. В этом случае уменьшается число необходимых трансляторов для обмена данными между CAD и CAE системами (См. Рис.1.).
Рис. 1. - Структура обмена данными между CAD и CAE системами: а) прямая трансляция , б) трансляция с нейтральным файлом
Существует три класса нейтральных файлов: файлы институтов стандартов (IGES, STEP), файлы графических систем (ACIS - SAT, Parasolid), файлы специализированных приложений (STL, VRML, VDAFS).
|женерный вестник Дона, №3 (2018) on. ru/ru/magazine/archive/n3y 2018/5179
SAT (Standard ACIS Text - стандартный текст ACIS) - файл автоматизированного проектирования (CAD - файл). SD-модель, сохраняемая в формате моделирования твердых тел ACIS от Spatial хранит информацию о трехмерной геометрической фигуре в стандартном текстовом файле.
SAT файл состоит из секции заголовка и секции данных. Секция заголовка содержит номер версии, общее число строк, число сущностей, идентификатор программы, создавшей файл, версию ACIS, дату создания, параметры точности модели.
Первая строка в секции данных должна содержать сущность body (тело), остальные строки могут описывать другие сущности. Файл в SAT формате описывает топологию и геометрию модели. Топологию описывают сущности: body, lump, shell, face, loop, coedge, edge, vertex. Геометрию описываю сущности: surface, curve, point. Строка сущности содержит идентификатор типа сущности, данные сущности и терминатор.
Например, body $1 $2 $-1 $-1 #
где body - тип, $1 и $2 - указатели на строки с номерами 1 и 2, $-1 -указатель на null, # - терминатор, завершающий запись строки.
В SAT формате использую следующие обозначения: body - тип тела, lump - тип части, shell - тип оболочки, face - тип грани, loop - тип контура, coedge - тип последовательные ребра, edge - тип ребра, vertex - тип вершина, surface - тип поверхности, curve - тип линии, point - тип точки.
SAT файл может сохранять 3D объекты, ограниченные плоскостями. Пример задания плоскости - plane-surface $-1 -1 -1 $-1 0 0 40 0 0 1 1000 0 0 forward_v I I I I #, где (0,0,40) -это начальная точка, (0,0,1) - первый вектор нормали, (1000,0,0) - второй вектор параллельный плоскости. Оба вектора имеют начало в точке (0,0,0)[7,8].
OBJ - это простой текстовый формат данных, который представляет только 3D геометрические объекты, определяемые, положением каждой
|женерный вестник Дона, №3 (2018) on. ru/ru/magazine/archive/n3y 2018/5179
вершины, текстурой, связанной с вершиной, нормалью в каждой вершине, параметрами грани. Вершина в файле OBJ формата задается символом v, после которого идут три числа обозначающие расположение точки в пространстве (Ох, Оу, Oz). Грань в файле формата OBJ задается символом f, обозначающий что далее идет описание грани в виде последовательности индексов вершин (не менее трех)[9,10].
Используя характеристики форматов OBJ и SAT был разработан транслятор геометрических моделей геодезических оболочек на языке программирования Visual Basic 2013, читающий геометрическую модель в OBJ формате и генерирующий геометрическую модель в SAT формате. Был использован синтаксически ориентированный подход: выделение структуры входной последовательности символов и выполнение семантических действий при распознавании определенных нетерминалов.
На первом этапе работы программа анализирует файл формата OBJ. Она находит координаты вершин и записывает их в массивы чисел X[i], У^]и Z[i]. Далее определяется количество поверхностей, которое содержит в себе эта геометрическая модель. Для этого подсчитывают количество всех строк в OBJ файле, которые начинаются с символа f.
На втором этапе в SAT файл записывается заголовок, версии, количество сущностей и количество строк в создаваемом SAT файле. Заголовок являются обязательной частью любого файла SAT. Количество поверхностей определяются при анализе исходного OBJ файла. Далее вычисляют количество строк в будущем SAT файле.
Йженерный вестник Дона, №3 (2018) on. ru/ru/magazine/archive/n3y 2018/5179
а Exchange 2013 R2 (64-bit) - [A:\Translator1.2\Translator1.2\bin\Debug\sysiv3.obj] и П
Ы Файл Правка Вид Инструменты Параметры Окно Помощь ЕШ»
■S в» в а | а j — Li К д|®©©®|«&щааз<.|< % а | • © ® ч Чг ® | s. I
ЕВ w" Слой 0 : Level 0
Г
Y L,-
Model |
Готово
Рис. 2 - Исходная геометрическая модель OBJ формата в программе
Exchange 2013 R2
На третьем этапе работы программы происходят расчеты параметров 3D объектов, представляющих плоские грани исходной модели, и формируются строки для записи в SAT файл. Все грани преобразуются в 3D многогранники. Для этого плоским граням добавляется толщина, равная 0,0005. Затем сформированные строки, содержащие грани и все вспомогательные сущности, записываются в результирующий файл SAT формата.
Технология использования транслятора TranslatorOBJ-SAT предполагает следующие действия: создание исходной геометрической модели в ArchiCAD, сохранение созданной модели в OBJ формате (См. Рис. 2), конвертирование модели с помощью программы TranslatorOBJ-SAT, проверка полученного файла SAT формата (См. Рис. 3).
Йженерный вестник Дона, №3 (2018) on. ru/ru/magazine/archive/n3y 2018/5179
Exchange 2013 R2 (64-bitb №\Translatar1.2\Tran5lator1,2\bin\Debug\sysiv3.sat] - п
[У Файл Правка Вид Икструмектьг Параметры Окно Помощь
Рис. 3 -Результирующая геометрическая модель SAT формата
Выводы
Представлено описание методов обмена информацией между CAD и CAE системами. Приведено описание модульной системы проектирования и расчета на прочность геодезических оболочек GeoTran. Указано, что прямая трансляция геометрических моделей из ArchiCAD в Patran/Nastran/Dytran имеет недостатки. Предложено реализовать трансляцию геометрических моделей в нейтральный SAT формат. Разработан транслятор OBJ формат-SAT формат на языке VisualBasic. Данный транслятор позволяет автоматизировать обмен информацией между CAD системой ArchiCAD и различными CAE системами, предназначенными для прочностных расчетов.
Литература
1. Талапов В.В. Основы BIM: введение в информационное моделирование зданий. М: ДМК Пресс, 2011, 392 с.
|женерный вестник Дона, №3 (2018) on. ru/ru/magazine/archive/n3y 2018/5179
2. Технология BIM для архитекторов. Autodesk Revit Architecture 2010. Официальный учебный курс (+ СВ-ROM). Редактор: Д. Мовчан ДМК Пресс 608 с.
3. Лахов А.Я. Визуализация разрушений геодезических куполов при взрывном воздействии // Инженерный вестник Дона, 2014, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2333.
4. Лахов А.Я. Трансляция геометрических моделей двухконтурных геодезических оболочек// Инженерный вестник Дона, 2013, № 3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1805.
5. Rappoport A. An architecture for universal CAD data exchange.//SM'03, June 16-20, 2003, Seattle, Washington, USA, - pp.266-269.
6. Housmand M., Mokhar A. Introducing a road-map to implement the universal manufacturing platform using the methodology of axiomatic design. // Proceeding of ICAD 2009 The Fifth Int. Conference on Axiomatic Design. Campus de Caprica - March 25-27, 2009, ICAD 2009 - 06. pp. 1-8.
7. SATSaveFileFormat URL: paulbourke.net/dataformats/sat/sat.pdf
8. ACIS 3D Toolkit. SAT Format. Spatial technology. 123435678.1234 19891998, Version 4.0, 4/98, 265 p.
9. Object Files (obj) URL: martinreddy.net/gfx/3d/OBJ.spec
10. ObjectFiles (.obj) URL: paulbourke.net/dataformats/obj/
References
1. Talapov, V.V. Osnovy BIM: vvedenie v informacionnoe modelirovanie zdanij [BIM basics: an introduction to building information modelling]. M: DMK Press, 2011, 392 p.
2. Tehnologija BIM dlja arhitektorov. Autodesk Revit Architecture 2010. Oficial'nyj uchebnyj kurs (+ СО-ROM) [BIM technology for architects. Autodesk Revit Architecture 2010. Official training course (+CD-ROM)]. Redaktor: D. Movchan, DMK Press, 608 p.
|женерный вестник Дона, №3 (2018) on. ru/ru/magazine/archive/n3y 2018/5179
3. Lakhov A.Ya. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2014, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2333.
4. Lakhov A.Ya. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1805.
5. Rappoport A. An architecture for universal CAD data exchange. SM'03, June 16-20, 2003, Seattle, Washington, USA, - pp.266-269.
6. Housmand M., Mokhar A. Introducing a road-map to implement the universal manufacturing platform using the methodology of axiomatic design. Proceeding of ICAD 2009 The Fifth Int. Conference on Axiomatic Design. Campus de Caprica - March 25-27, 2009, ICAD 2009 - 06. pp. 1-8.
7. SATSaveFileFormat URL: paulbourke.net/dataformats/sat/sat.pdf
8. ACIS 3D Toolkit. SAT Format. Spatial technology. 123435678.1234 19891998, Version 4.0, 4/98, 265 p.
9. Object Files (obj) URL: martinreddy.net/gfx/3d/OBJ.spec
10. ObjectFiles (obj) URL: paulbourke.net/dataformats/obj/
