[發明專利]一種索穹頂結構的支座節點及加工方法

在審

• 申請號: 202110173744.3
• 申請日: 2021-02-06
• 公開（公告）號: CN113033037A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 朱黎明;杜文風;王輝;董石麟;趙艷男;王英奇
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;E04B1/38;G06F119/14
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 段朝磊

本發明公開了一種索穹頂結構的支座節點及加工方法，包括：使用三維機械設計軟件對原始節點模型進行建模并獲得第一文件；將第一文件導入有限元分析軟件中進行拓撲優化，最后將拓撲優化結果進行刻面修復與合并，得到具有拓撲優化結果的第二文件；將第二文件導入到即時仿真軟件中對優化結果進行快速光順化處理；使用消失模制作節點的外部輪廓，填平節點模型中的孔特征，得到泡沫模型；將泡沫模型涂刷醇基涂料，填入有機酯水玻璃砂造砂型；將泡沫模型破壞氣化形成空腔，將型芯下入，涂刷涂料后合箱澆注。采用該加工方法制作的支座節點，減小了節點的自重，提高了節點的安全性與穩定性；同時，該支座節點傳力路線明確，受力形式合理。

技術領域

本發明屬于建筑工程技術領域，具體是一種用于索穹頂結構的支座節點及加工方法。

背景技術

索穹頂結構是一種結構效率極高的全張力體系，因其結構輕盈、構思巧妙、受力合理并且能夠覆蓋超大空間等優點備受工程師們的喜愛，是近年來國內外空間結構研究的熱點之一。支座節點是索穹頂結構的重要組成部分，因為索穹頂結構在支座節點處連接多根拉索，且處于同一節點的拉索較多、應力較大，如果節點破壞必然導致整個結構的失效。因此同時具備力學性能好、重量輕且安全可靠的支座節點，對確保索穹頂結構的安全度、制造安裝、工程進度、用鋼指標以及工程造價都有直接影響。目前，為了避免了焊縫的殘余應力，使得結構更加安全，索穹頂結構支座節點大多數為鑄鋼節點，但是在實際的工程設計中，大多數節點依然是工程師從經驗研發，先設計出一個模型，然后經歷驗證分析，再優化調整的循環往復過程，這種方法不僅耗時費力，而且最終結果通常達不到理想狀態，支座節點應力依舊分布不均，自重依然較大，影響結構的安全穩定性，同時也增加了現場的安裝難度。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術的不足，提供一種在保留原有性能指標的基礎上，使索穹頂支座節點極大的減小自重并且受力均勻，更好的應用到索穹頂結構中的支座節點加工方法。

為解決以上技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種索穹頂結構的支座節點加工方法，包括：

S1、使用三維機械設計軟件對原始節點模型進行建模并獲得第一文件，其中，原始節點模型包括支座本體、底板以及耳板，所述支座本體為圓柱形，所述底板與所述支座本體的底端相連接，所述耳板垂直于所述支座本體的外圓柱面，所述耳板上設有圓孔；

S2、將第一文件導入有限元分析軟件中進行拓撲優化，首先建立材料屬性并賦予參數數值，對邊界條件進行設置，設置支座底板為固定約束，每個耳板圓孔面作用500kN的集中力，方向沿著耳板上邊緣線方向；然后設置優化區域體積保存13%進行拓撲優化，最后將拓撲優化結果進行刻面修復與合并，得到具有拓撲優化結果的第二文件；

S3、將第二文件導入到即時仿真軟件中對優化結果進行快速光順化處理，獲得具有最終節點模型的第三文件；

S4、根據第三文件，使用消失模制作節點的外部輪廓，而空心腔體和螺紋孔則另外用木模制成型芯，完成型芯后，填平節點模型中的孔特征，得到節點模型的整體泡沫模型；

S5、將沒有空腔的泡沫模型涂刷醇基涂料，填入有機酯水玻璃砂造砂型；

S6、砂型振動緊實并硬化完全后，將砂型中的泡沫模型破壞氣化形成空腔，這時將木模制作的型芯下入，涂刷涂料后合箱澆注；

S7、開箱后的鑄件再經熱處理，探傷及尺寸測量。

進一步地，S1中，三維機械設計軟件為SolidWorks軟件。

進一步地，S1中，所述支座本體直徑為720mm，高度為1000mm，所述底板為1000×1000×10mm的正方形鋼板。

進一步地，所述耳板設有三個，其中，處于兩側的兩個耳板固定連接于所述支座本體的上部并高度相同；處于中間的耳板連接于所述支座本體的下部，傾斜向下并與兩側的耳板傾斜方向相反。