本发明属于钢结构施工，具体而言，涉及一种网架球节点焊接点确定方法、介质及系统。
背景技术：
1、网架作为一种重要的钢结构形式,广泛应用于大跨度公共建筑物、体育馆、车站等领域,凭借其轻量化、造型美观等特点而备受青睐。网架结构的主要受力单元是由钢管或钢杆组成的多个球节点连接而成,通过焊接的方式将各个节点牢固地连接起来,形成一个整体的刚性结构体系。网架焊接接头的质量直接关系到整个结构的承载能力和使用寿命,因此如何确定网架球节点的最佳焊接位置和焊缝尺寸,一直是网架设计和制造过程中的关键问题之一。
2、现有的网架焊接设计方法通常采用经验公式或者有限元分析的方式进行。经验公式法主要根据工程设计经验积累,给出一些指导性的焊缝尺寸和焊接位置要求,如gb50017《钢结构设计标准》中对网架节点的焊缝设计提出了相应的规定。但这种方法过于简单化,难以准确反映网架在复杂荷载作用下的实际受力状况,无法确保焊接接头的结构安全性。有限元分析法则可以更加全面地模拟网架的力学行为,但现有的研究大多只停留在静力学分析层面,很少考虑动力荷载(如地震、风振等)对网架焊接质量的影响。这种忽视动力效应的分析方法,可能会导致网架焊接设计出现安全隐患。
3、现有的网架焊接点的确定往往根据焊接施工人员的经验进行选择，不能选择最优的焊接点，影响网架整体性能。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供一种网架球节点焊接点确定方法、介质及系统，能够解决现有的网架焊接点的确定往往根据焊接施工人员的经验进行选择，不能选择最优的焊接点，影响网架整体性能的技术问题。
2、本发明是这样实现的：
3、本发明的第一方面提供一种网架球节点焊接点确定方法，其中，包括以下步骤：
4、s10、根据网架整体设计图纸,建立有限元模型,并获取专家预测的网架遭受的动力荷载；
5、s20、在所述有限元模型中,设置网架的静力学载荷工况进行静力学分析；
6、s30、在所述有限元模型中,对网架结构进行动力学分析,模拟网架在动力荷载作用下的振动响应,计算各节点的动态应力和应变；
7、s40、根据静力学分析结果,计算各个球节点的应力、应变分布及内力传递路径；
8、s50、根据动力学分析结果,对所述静力学分析结果计算的各个球节点的应力、应变分布及内力传递路径进行修正和叠加,得到各节点在静动载共同作用下的应力、应变分布及内力传递路径；
9、s60、获取施工人员基于各个球节点的焊接位置和焊缝尺寸形成的多个焊接方案；
10、s70、对不同焊接方案进行优化计算,同时考虑静动载共同作用下的应力、应变分布及内力传递路径,选取应力应变集中最小的焊接方案作为待定方案；
11、s80、获取根据所述待定方案制作的网架试件,对焊接接头进行力学性能测试,根据实验结果对有限元模型进行调整和优化；
12、s90、基于优化后的有限元模型,重复执行步骤s20-s70,选取应力应变集中最小的焊接方案作为目标方案,并输出每个网架球节点的焊接点坐标。
13、其中，所述专家预测的网架遭受的动力荷载包括楼体振动引起的惯性力、地震。
14、所述步骤s10，具体包括：
15、将网架整体设计图纸作为输入信息，建立有限元分析模型。首先根据网架的几何尺寸、材料属性等信息，合理划分单元网格，如网格单元尺寸为1～5cm，确保有限元模型能够准确反映实际网架的结构特征。其次，获取可能作用于网架的动力荷载信息，包括由楼体振动引起的惯性力和地震荷载。通过对连接网架的建筑物结构进行动力学分析，可以确定楼体振动引起的惯性力；地震荷载则需要根据网架所在地区的地震特征进行评估，可参考相关规范或标准中给出的地震荷载谱或时程曲线。通过本步骤，建立能够准确模拟网架在动力作用下行为的有限元分析模型。
16、其中，所述网架的静力学载荷工况包括自重、使用荷载、风荷载。
17、所述步骤s20的具体步骤包括：
18、在有限元分析模型中设置网架结构在静力学载荷作用下的工况。这些静力学载荷包括自重、使用荷载和风荷载。自重是指网架自身的重力载荷；使用荷载则是指网架在使用过程中可能承受的各种外部荷载，如屋面的积雪荷载、人员荷载等；风荷载是指由于风力作用而产生的荷载。这些静力学载荷参数可以根据相关规范或标准中给出的参考值进行设置。然后,对该有限元分析模型进行静力学分析,求出网架在各类静力学载荷作用下的应力、应变和位移分布,为后续的动力学分析和焊接点确定提供基础数据。
19、其中，对网架结构进行动力学分析的方法为时域法或频域法。
20、所述步骤s30的具体步骤包括：
21、在有限元分析模型中,对网架结构进行动力学分析。动力学分析的目的是模拟网架在动力荷载作用下的振动响应特征,包括各节点的动态应力和应变。具体可采用时域法或频域法进行分析。时域法是直接求解网架在动力荷载作用下随时间变化的响应特征,而频域法则是通过对动力荷载进行傅里叶变换,在频域内求解网架的振动响应。动力学分析时需要考虑步骤s10获取的两类动力荷载:楼体振动引起的惯性力和地震荷载。通过动力学分析,可以得到网架各节点在动力荷载作用下的动态应力和应变分布,为后续确定焊接点提供依据。
22、所述步骤s40的具体步骤包括：
23、从步骤s20的静力学分析结果中,提取出网架各个球节点的应力和应变数据,包括节点处的主应力、等效应力以及剪应力等。通过分析这些应力和应变数据,可以确定哪些节点应力和应变较大,可能成为潜在的应力集中区域。同时,研究人员需要分析各个球节点的内力传递路径,内力传递路径反映了力的传递规律,有利于确定焊接点的位置。通过对有限元模型中的杆件内力进行追踪分析,可以得到各个球节点处的主要受力路径。综上所述,步骤s40的目的是在静力学分析的基础上,进一步确定网架各个球节点的应力、应变分布特征以及内力传递路径,为后续的焊接点确定提供依据。
24、其中，所述对所述静力学分析结果计算的各个球节点的应力、应变分布及内力传递路径进行修正和叠加的方法具体是线性叠加的方法进行,即将静力学分析和动力学分析得到的应力、应变值进行简单相加。
25、所述步骤s50的具体步骤包括：
26、根据步骤s30的动力学分析结果,将其与步骤s40的静力学分析结果进行组合叠加,得到各节点在静动载共同作用下的应力、应变分布及内力传递路径。这种组合可以采用线性叠加的方法进行,即将静力学分析和动力学分析得到的应力、应变值进行简单相加。在某些情况下,静力学和动力学分析的结果可能存在较大差异,这时就需要采用更复杂的组合方法,如响应谱法或随机振动理论等,对两者的叠加关系进行修正。通过步骤s50,可以得到网架各个球节点在静动载共同作用下的应力、应变分布及内力传递路径,为后续的焊接点确定提供更加准确的数据支撑。
27、所述步骤s60的具体步骤包括：
28、首先参gb50017《钢结构设计标准》等相关设计标准,确定各类焊缝的最小尺寸和最大尺寸,这些尺寸标准一般与节点承载能力、疲劳性能等因素有关。其次,根据制造工艺资料,如焊接工艺参数、焊接设备信息等,结合节点的几何特征和内力传递路径,确定各个球节点的可能焊接位置。焊接位置的选择应避开应力集中区域,并尽量保证焊缝长度和焊缝形状的合理性。最后,根据以上信息,生成多个不同的焊接方案,为后续的优化计算奠定基础。这些方案可能涉及焊缝长度、焊缝形状、焊缝位置等多个因素的组合。
29、其中，对不同焊接方案进行优化计算采用的是非支配排序遗传算法。
30、所述步骤s70的具体步骤包括：
31、采用非支配排序遗传算法(nsga-ii)对步骤s60确定的多个焊接方案进行优化计算。需要优化的目标函数包括:各个球节点在静动载共同作用下的等效应力或主应力(反映焊接接头的结构安全性)、各个球节点在静动载共同作用下的应变(反映焊接接头的变形协调性)以及各个球节点内力传递路径的合理性(反映力的传递效率)。通过nsga-ii算法的迭代优化,可以得到一组在上述三个目标函数下的非支配解,从中选取应力应变集中最小的焊接方案作为待定方案。nsga-ii算法具有优良的收敛性和分布性,适合求解本问题中的多目标优化问题。
32、其中，对有限元模型进行调整和优化采用的是响应面法或拉格朗日乘子法。
33、所述步骤s80的具体步骤包括：
34、根据步骤s70选取的待定焊接方案,制作相应的网架试件,并对焊接接头进行静力加载试验和动力加载试验。静力加载试验可以测试焊接接头在静态荷载作用下的承载能力,而动力加载试验则可以评估接头在动力荷载作用下的疲劳性能。试验结果可以与有限元模型的预测结果进行对比分析。如果存在较大偏差,则需要采用响应面法或拉格朗日乘子法等数值优化技术,对有限元模型的几何参数、材料属性等进行校正和优化,使其能够更准确地预测实际网架的力学行为。通过步骤s80,可以将有限元模型与实际网架的力学性能进行校核和改进,为后续的焊接点确定提供更加可靠的数据基础。
35、所述步骤s90的具体步骤包括：
36、在步骤s80对有限元分析模型进行优化校正后,重复执行步骤s20至s70,最终确定网架各个球节点的焊接点坐标。具体来说,首先在优化后的有限元模型中重新设置静力学载荷工况,进行静力学分析；然后在此基础上对网架结构进行动力学分析,得到各节点在静动载共同作用下的应力、应变分布及内力传递路径。接下来,根据设计标准和制造工艺信息,确定各个球节点可能的焊接方案,并采用非支配排序遗传算法进行优化,选择出应力应变集中最小的方案作为最终方案。最后,在该最终方案的基础上,直接输出每个网架球节点的焊接点坐标,为后续的网架制造和装配提供直接的技术依据。
37、其中，所述施工人员基于各个球节点的焊接位置和焊缝尺寸形成的多个焊接方案具体包括焊接位置图和焊接工艺规程。
38、焊接位置图:标识各个球节点的具体焊接位置,给出每个焊缝的长度、宽度等尺寸信息；焊接工艺规程:选择合适的焊接工艺,确定焊接电流、电压、速度等焊接参数.制定焊接顺序和焊接缝道。
39、本发明的第二方面提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令运行时，用于执行上述的一种网架球节点焊接点确定方法。
40、本发明的第三方面提供一种网架球节点焊接点确定系统，其中，包含上述的计算机可读存储介质。
41、与现有技术相比较，本发明提供的一种网架球节点焊接点确定方法、介质及系统的有益效果是：
42、1.充分考虑了动力荷载(如地震和风振)对网架结构的影响。通过建立可以模拟网架在动力作用下振动响应的有限元分析模型,准确预测各节点在静动载共同作用下的应力、应变分布,为焊接点确定提供了更加可靠的数据支撑。这不仅能够确保焊接接头在严苛动力环境下的结构安全性,还有助于提高网架整体的抗震和抗风性能。
43、2.采用了多目标优化的方法,同时考虑了结构安全性、力的传递效率以及变形协调性等多方面因素。这不仅能够确保焊接接头在承载能力、疲劳性能等方面满足要求,还能够提高网架整体的力学性能,如降低应力集中、优化内力传递路径等。相比单一目标优化,该方法能够更好地平衡网架结构的多重性能需求。
44、3.通过制作网架试件并进行静力和动力试验,对有限元分析模型进行了校准和优化。这不仅能够验证理论分析的准确性,还为有限元模型的进一步改进提供了宝贵的数据支撑,从而提高分析结果的可靠性。
45、总的来说,本发明提出的网架球节点焊接点确定方法,充分考虑了动力效应,采用了多目标优化策略,并结合试验验证,能够确定出满足网架结构多方面性能要求的最优焊接方案，进而得到多个优化的焊接点。解决了现有的网架焊接点的确定往往根据焊接施工人员的经验进行选择，不能选择最优的焊接点，影响网架整体性能的技术问题。
1.一种网架球节点焊接点确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种网架球节点焊接点确定方法，其特征在于，所述专家预测的网架遭受的动力荷载包括楼体振动引起的惯性力、地震。
3.根据权利要求1所述的一种网架球节点焊接点确定方法，其特征在于，所述网架的静力学载荷工况包括自重、使用荷载、风荷载。
4.根据权利要求1所述的一种网架球节点焊接点确定方法，其特征在于，对网架结构进行动力学分析的方法为时域法或频域法。
5.根据权利要求1所述的一种网架球节点焊接点确定方法，其特征在于，所述对所述静力学分析结果计算的各个球节点的应力、应变分布及内力传递路径进行修正和叠加的方法具体是线性叠加的方法进行,即将静力学分析和动力学分析得到的应力、应变值进行简单相加。
6.根据权利要求1所述的一种网架球节点焊接点确定方法，其特征在于，对不同焊接方案进行优化计算采用的是非支配排序遗传算法。
7.根据权利要求1所述的一种网架球节点焊接点确定方法，其特征在于，对有限元模型进行调整和优化采用的是响应面法或拉格朗日乘子法。
8.根据权利要求1所述的一种网架球节点焊接点确定方法，其特征在于，所述施工人员基于各个球节点的焊接位置和焊缝尺寸形成的多个焊接方案具体包括焊接位置图和焊接工艺规程。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令运行时，用于执行权利要求1-8任一项所述的一种网架球节点焊接点确定方法。
10.一种网架球节点焊接点确定系统，其特征在于，包含权利要求9所述的计算机可读存储介质。
