一种遗址劣化有限元的简化分析方法

技术领域

本发明属于模拟仿真技术领域，具体涉及一种面向用户的遗址劣化有限元简化分析方法。

背景技术

文化遗产保护是一个亟待解决的难题，从目前来看传统的保护措施已经不能够满足当今文化遗产的保护需求。

目前，对物质文化遗产的高分辨率数据采集和非物质文化遗产的大数据收集，通过有限元软件进行数值模拟，对文化遗产数字化数据进行分析和处理，仿真计算，从而得到物质文化遗产劣化相关必要参数，为保护和修复提供指导，例如，ansys软件对物质文化遗产劣化模拟仿真计算，获得物质文化遗产劣化相关必要参数；然而，对古建筑遗址模型进行劣化模拟，在现有的有限元分析软件中进行模拟，需要具备一定的计算机专业知识的专业人员才能操作，而对于没有接受计算机以及软件的使用培训的普通用户，由于没有经过专业计算机培训，从而难以在计算机上进行遗址劣化仿真模拟；针对普通用户不能实现高性能访问。

因此，需要设计一种面向普通用户进行遗址劣化有限元分析方法，普通用户可在计算机上对遗址劣化进行仿真模拟，该有限元分析方法操作方便，计算效率高，同时提供高性能访问。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种面向用户的遗址劣化有限元简化分析方法。

本发明提供了一种面向用户的遗址劣化有限元简化分析方法，包括以下步骤：包括以下步骤：

在建模软件中导入所需劣化模拟的遗址模型文件；

确定劣化模拟的模拟类型，根据所述模拟类型，在所述建模软件的预置流程和/或操作栏中自选节点，获取劣化模拟的模型流程；

设置所述模拟流程的模拟参数和边界条件；

所述建模软件根据所述模拟流程、所述模拟参数和所述边界条件，进行所述遗址模型的劣化模拟，并展示劣化模拟结果。

进一步，在对所述遗址模型进行劣化模拟前，对所述遗址模型的面进行编号选择，对已选择编号的面根据劣化模拟需求，设置所述模拟流程的模拟参数和边界条件。

进一步，所述模型流程的获取包括以下步骤：

根据所述建模软件的系统进行所述模拟类型的初步流程设置；

若所述模拟类型为多种，在所述初步流程设置的基础上，手动设置不同模拟类型的模拟节点及模拟顺序，形成最终的模拟流程。

进一步，所述模拟类型包括重力载荷模拟、风力稳定性模拟和渗流模拟；

所述模拟参数至少包括材料参数；

所述边界条件根据所述模拟类型选自重力边界条件、风力边界条件和渗流边界条件。

进一步，所述材料参数包括标准材料参数和自定义材料参数，若遗址模型由多个不同材料模型组成，用户将自定义材料参数赋予到遗址模型中对应的各部分模型中。

进一步，所述重力边界条件的设置包括遗址模型底面支撑，根据模拟参数通过occ函数库计算模型面中心点参数和面的法向量获取的模型底面支撑；

所述风力边界条件的设置包括风速参数以及模型受风面风载荷计算公式，根据风速参数以及风载荷公式计算出作用在模型受风面上的风力大小；

所述渗流边界条件的设置包括降雨量与模型材料的相关参数，将降雨量与模型材料的相关参数通过比较方法比较后的参数输入模型材料参数中，获取遗址材料入渗量。

进一步，所述比较方法表达式为：

其中，q为降雨量相关函数，i为入渗率相关函数。

进一步，所述风载荷计算公式为：

w

其中，w

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过预置模拟类型流程来设置所需劣化模拟模型流程，不需要花费大量时间进行手动的流程设置操作，也无需对有限元模拟分析技术有太多的了解，普通用户可在计算机上对遗址模型进行劣化仿真模拟，从而获取遗产劣化相关必要参数，提供高性能访问。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种面向普通用户进行遗址劣化有限元简化分析方法，采用设置的系统有限元分析软件进行实施，整个简化分析过程为先导入预置模拟类型，再选取预置模拟类型流程，通过在选取预置模拟类型中设置所需材料参数和外界条件，得到所需劣化模拟模型流程，最后提交设置完成的所需劣化模拟模型流程图进行计算，计算后将结果展示给用户，对于上传的古遗址模型，预置模拟类型流程来设置所需劣化模拟模型流程，不需要花费大量时间进行手动的流程设置操作，也无需对有限元模拟分析技术有太多的了解，普通用户可在计算机上对遗址模型进行劣化仿真模拟，

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

以下对本发明中涉及的定义或概念内涵做以说明解释：

occ的函数库：OCC全名OpenCasCade，是由法国Matra Datavision公司发布的一套CAD/CAM/CAE软件平台。开源OCC对象库是一个面向对象的C++类库。OpenCascade提供二维和三维几何体的生成、显示和分析。主要功能包含几何空间关系计算(法线，点积，叉积，投影，拟合等)、几何体分析(质心，体积，曲率等)等。pythonOCC为OpenCASCADE C++技术提供了一个python包装器，通过pythonocc可以使用python语言来调用开源OCC对象库所包含的功能。

FreeCAD：FreeCAD是一个开源的参数化3D建模软件，主要用于设计任意尺寸的现实生活对象。参数化建模允许你轻松地通过模型历史来修改你的设计及参数。FreeCAD也拥有有限元分析功能，并提供了python接口，从而可以使用python从软件外调用其有限元分析的相关功能。

本发明提供一种面向用户的遗址劣化有限元简化分析方法，对于输入的古遗址模型，首先根据系统提供的模拟流程来设计自己的大致流程，完善一些必要的边界参数后提交参数进行分析，提交后，首先自动对分析添加重力参数条件，根据模型参数通过occ库计算来设置底面支撑；针对降雨模拟，系统会比较降雨量与遗址材料的相关参数比较后将参数输入模型材料参数中，获取遗址材料入渗量；针对风力模拟，根据风速参数以及风载荷相关公式，计算出作用在遗址面上的风力大小，发明不需要花费更多时间进行手动的流程设置操作，也无须对有限元模拟分析有太多的了解，使得更多的不了解专业技术的人员也可以进行分析，可以很方便的在计算机上对大遗址进行分析；

所述面向用户的遗址劣化有限元简化分析方法：包括以下步骤：

在建模软件中导入所需劣化模拟的遗址模型文件；

确定劣化模拟的模拟类型，根据所述模拟类型，在所述建模软件的预置流程和/或操作栏中自选节点，获取劣化模拟的模型流程；

设置所述模拟流程的模拟参数和边界条件；

所述建模软件根据所述模拟流程、所述模拟参数和所述边界条件，进行所述遗址模型的劣化模拟，并展示劣化模拟结果。

其中，在对所述遗址模型进行劣化模拟前，用户通过鼠标选中遗址模型的面并转动模型可获取模型面的编号；对已选择编号的面根据劣化模拟需求，设置所述模拟流程的模拟参数和边界条件；

其中，所述模型流程的获取包括以下步骤：

根据所述建模软件的系统进行所述模拟类型的初步流程设置；

若所述模拟类型为多种，在所述初步流程设置的基础上，手动设置不同模拟类型的模拟节点及模拟顺序，形成最终的模拟流程。

其中，所述模拟类型包括重力载荷模拟、风力稳定性模拟和渗流模拟；

所述模拟参数至少包括材料参数；

所述边界条件根据所述模拟类型选自重力边界条件、风力边界条件和渗流边界条件；

其中，所述材料参数包括标准材料参数和自定义材料参数，若遗址模型由多个不同材料模型组成，用户将自定义材料参数赋予到遗址模型中对应的各部分模型中；

其中，所述重力边界条件的设置包括遗址模型底面支撑，根据模拟参数通过occ函数库计算模型面中心点参数和面的法向量获取的模型底面支撑；

所述风力边界条件的设置包括风速参数以及模型受风面风载荷计算公式，根据风速参数以及风载荷公式计算出作用在模型受风面上的风力大小；

所述渗流边界条件的设置包括降雨量与模型材料的相关参数，将降雨量与模型材料的相关参数通过比较方法比较后的参数输入模型材料参数中，获取遗址材料入渗量。

其中，所述比较方法表达式为：

计算得到入渗量，将其写入有限元计算的求解文件中材料参数部分进行模拟计算。在上面的公式中，q为降雨量相关函数，i为入渗率相关函数，上述公式含义为：当降雨量小于入渗量时，入渗系数为当前的降雨量，而当降雨量大于入渗量时，入渗系数为遗址材料的入渗量；

其中，模型底面支撑边界条件的获取，具体包括：载入所需劣化模拟模型文件后，通过occ的函数库，系统在后台载入模型的相关参数，先通过模型的边相关参数和面相关参数来计算模型中每个面朝向模型外的法向量参数，通过计算每个面法向量与竖直向下(沿z轴向下)的单位向量之间的角度，参考现实中遗址情况，先将其中向量夹角小于45度的面加入到底面的候选集合中；再通过计算底面候选底面集合中每个面的中心点z轴的值，设置其中中心点最低的面(允许适量误差)确定为模型最终的底面支撑条件；

其中，所述风载荷计算公式为：

w

在上面的公式中，w

值得说明的是，本发明的简化分析方法，面向普通用户进行遗址劣化有限元简化分析方法，对于输入的古遗址模型，首先预置模拟类型流程来设置所需劣化模拟模型流程，完善一些必要的边界条件后提交参数进行分析，提交后，首先自动对分析添加重力参数条件，根据模型参数通过occ函数库计算设置底面支撑；针对降雨模拟，系统将降雨量与遗址材料的相关参数比较后的参数输入模型材料参数中，获取遗址材料入渗量；针对风力模拟，根据风速参数以及风载荷相关公式，计算出作用在遗址面上的风力大小；本发明普通用户依据预置模拟类型流程来设置所需劣化模拟模型流程，不需要花费大量时间进行手动的流程设置操作，也无需对有限元模拟分析技术有太多的了解，普通用户可在计算机上对遗址模型进行劣化仿真模拟，从而获取遗产劣化相关必要参数，增强民众保护意识，该有限元分析方法操作方便，计算效率高，提供高性能访问。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。