[发明专利]承重木结构设计辅助分析工具及辅助设计方法

摘要

承重木结构设计辅助分析工具及辅助设计方法，涉及结构设计的辅助分析工具和辅助设计方法。本发明为了解决现有的结构设计分析工具操作复杂、且不适用于承重木结构的辅助分析。本发明包括用于获取承重木结构中零件材料的数据的零件数据获取模块；用于获取不同批次木材的编号与密度测定采样数据的批次木材采样数据获取模块；用于记录和管理数据的数据库管理模块；用于计算得到不同批次的木材密度的密度测定模块；用于根据零件体积和本批次木材密度计算得到模型总质量的结构总质量计算模块；用于对模型中承重木结构上关键受力点进行力学分解和承重木结构压杆稳定分析的受力分析模块。本发明适用于承重木结构设计领域。

主权项

1.承重木结构设计辅助分析工具，其特征在于包括：零件数据获取模块，用于获取承重木结构中零件材料的数据，并存储到数据库管理模块；所述的零件数据获取模块包括零件数据读取子模块和零件数据输入子模块；所述的零件数据读取子模块，用于读取Pro/E软件中的承重木结构模型和结构组件BOM报告，并将组件BOM报告的零件总数、名称、尺寸和体积数据导入数据库管理模块；所述的零件数据输入子模块，用于实现承重木结构中零件总数、名称、尺寸和体积数据的输入，并存储到数据库管理模块；批次木材采样数据获取模块，用于获取不同批次木材的编号与密度测定采样数据，并存储到数据库管理模块；数据库管理模块，用于记录并管理木材的不同批次编号与密度测定采样数据、模型编号与模型的零件材料清单、各零件尺寸与体积、模型总体积、模型结构总质量数据；密度测定模块，根据各批次木材密度测定采样样本的体积和质量计算得到不同批次的木材密度；密度测定模块进行密度测定估计是通过迭代加权最小二乘法实现的；密度测定模块通过迭代加权最小二乘法密度测定的具体过程如下：步骤3.1、针对一批木材随机抽取试样测量出各试样的体积v_i、重量g_i，i为试样的序号，i＝1,2...n；由式(3)计算出各试样密度步骤3.2、试样密度的期望平均估计：步骤3.2.1、试样密度的频数统计：从ρ_i中确定出极大值ρ_max和极小值ρ_min；取a＝[ρ_min*10^l‑1‑0.5]/10^l‑1，b＝[ρ_max*10^l‑1+0.5]/10^l‑1；l为ρ_i、ρ_max或ρ_min小数点之后的有效位数，[·]运算表示取整数；将区间[a,b]等分成m个小区间，计算落入各小区间的样本密度个数p_j，此p_j即为频数，总的取样数步骤3.2.2、期望平均估计：由式(4)可计算出试样密度的期望平均估计步骤3.3、密度的加权最小二乘迭代估计：各试样的体积v_i构成矩阵V＝[v₁ v₂ … v_n]^T，重量g_i构成矩阵G＝[g₁ g₂ … g_n]^T，密度ρ_i构成矩阵P＝[ρ₁ ρ₂ … ρ_n]^T，频数p_j构成对角矩阵W；步骤3.3.1、a、将代入公式(5)中，得出初始误差距离E₀：b、将E₀扩成对角阵，则初始权系数由式(6)确定；c、用式(7)的加权最小二乘法计算初始密度估计；步骤3.3.2、d、将代入公式(8)中，得出密度估计的第k次误差距离；其中，E_k是第k次计算的误差距离，是第k‑1次估计的密度；e、将E_k扩成对角阵，则第k次权系数由式(9)确定；f、用式(10)的加权最小二乘法计算第k次密度估计步骤3.3.3、g、用式(11)计算密度估计的第k次方差h、δ为设定的阈值，判断如不满足条件则转入步骤3.3.2继续加权最小二乘迭代估计计算，如满足条件则结束并输出密度估计值结构总质量计算模块，用于根据零件体积和本批次木材密度计算得到模型总质量；受力分析模块，用于对模型中承重木结构上关键受力点进行力学分解，辅助对承重木结构设计力的补偿与平衡。