本發(fā)明涉及輸電工程領(lǐng)域，具體涉及一種輸電桿塔空間模型塔材定位方法。

背景技術(shù)：
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輸電桿塔塔材數(shù)量多，塔材截面有角鋼、鋼管等多種形式，塔材的截面擺放方向比較復(fù)雜，很難快速建立起與實(shí)際輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)塔材擺放方向一致的空間模型，輸電桿塔塔材定位成為了輸電桿塔空間模型建模的主要技術(shù)瓶頸。

解決輸電桿塔結(jié)構(gòu)塔材定位的問題，可以實(shí)現(xiàn)輸電桿塔梁?jiǎn)卧?，輸電桿塔的有限元模型一般使用桿單元模型建模，桿單元模型具有只能受拉壓，不能受彎矩的特點(diǎn)，而這一特點(diǎn)與真型桿塔并不相同，真型桿塔還會(huì)受到彎矩的影響，因此使用梁?jiǎn)卧Ｐ枰紤]截面的擺放方向，只有塔材的定位與實(shí)際情況基本一致，才能得到準(zhǔn)確的模擬效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種輸電桿塔空間模型塔材定位方法，解決了輸電桿塔結(jié)構(gòu)塔材定位的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種輸電桿塔空間模型塔材定位方法，包括：

在局部坐標(biāo)系中建立輸電鐵塔的塔材截面；

根據(jù)輸電鐵塔的塔材實(shí)際擺放方向選用定位向量；

根據(jù)所述塔材截面、定位向量和向量定位法在全局坐標(biāo)系中定位輸電鐵塔的塔材。

在所述局部坐標(biāo)系中，所述塔材截面的形心主軸方向分別為y軸和z軸；所述塔材截面的兩個(gè)端點(diǎn)是i節(jié)點(diǎn)和j節(jié)點(diǎn)，從所述i節(jié)點(diǎn)到所述j節(jié)點(diǎn)的方向是所述局部坐標(biāo)系的x軸方向。

所述定位向量選取坐標(biāo)系中x軸和z軸截面上的任意一個(gè)不和x軸方向平行的向量為定位向量vecxz。

所述向量定位法為通過所述定位向量確定所述局部坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系的關(guān)系，從而確定塔材在空間全局坐標(biāo)系中的擺放位置。

在全局坐標(biāo)系下，所述塔材截面從i節(jié)點(diǎn)到j(luò)節(jié)點(diǎn)的連接向量為向量vecx；所述塔材截面的形心主軸y軸在全局坐標(biāo)系下的向量vecy由所述定位向量vecxz與所述向量vecx叉乘得到；所述塔材截面形心主軸z軸在全局坐標(biāo)系下的向量vecz由所述向量vecy與所述向量vecx叉乘得到。

在所述步驟：在局部坐標(biāo)系中建立輸電鐵塔的塔材截面前還包括：

建立局部坐標(biāo)系和全局坐標(biāo)系；

定義坐標(biāo)系中的輸電鐵塔的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；

根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和輸電鐵塔的連接關(guān)系建立桿件。

所述局部坐標(biāo)系以輸電鐵塔的桿件方向?yàn)閤軸，以所述桿件的一個(gè)端點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)系。

所述定義坐標(biāo)系中的輸電鐵塔的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)過程為：在全局坐標(biāo)系下，建立輸電鐵塔模型，定義所有輸電鐵塔的桿件上節(jié)點(diǎn)在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，在空間中唯一確定所有節(jié)點(diǎn)的位置信息。

根據(jù)所述連接關(guān)系將節(jié)點(diǎn)連接成為桿件；所述桿件的兩個(gè)端點(diǎn)確定。

和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：

1、本發(fā)明的技術(shù)方案使用向量定位方法，利用定位向量，定位出塔材 的擺放方向；

2、本發(fā)明的技術(shù)方案具有步驟簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易的特點(diǎn)；

3、本發(fā)明的技術(shù)方案利用較少的向量定位輸電桿塔塔材，實(shí)現(xiàn)了輸電桿塔空間建模；

4、本發(fā)明的技術(shù)方案在保證空間模型與實(shí)際輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)塔材方向一致的同時(shí)，大大提高了建模效率；

5、本發(fā)明的技術(shù)方案可以實(shí)現(xiàn)角鋼塔空間模型的快速建模，對(duì)輸電桿塔結(jié)構(gòu)施工具有一定的借鑒意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明技術(shù)方案提供的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的定義輸電鐵塔的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的根據(jù)輸電鐵塔的連接關(guān)系建立桿件示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的局部坐標(biāo)系下角鋼截面示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的向量叉乘示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的向量定位示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的局部坐標(biāo)系下角鋼截面示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的輸電桿塔空間模型示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

本例的發(fā)明提供一種輸電桿塔空間模型塔材定位方法，如圖1所示：在全局坐標(biāo)系中定義所有節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，然后根據(jù)節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系建立塔材，最后考慮塔材在空間中的擺放，實(shí)現(xiàn)輸電桿塔塔材在空間的定位。一般輸電塔 使用桿單元建模，不考慮塔材在空間的擺放問題，但是使用桿單元建模不能考慮輸電鐵塔所受的彎矩的影響，為了考慮輸電鐵塔的所收到的彎矩影響，需要利用梁?jiǎn)卧?，并考慮塔材的擺放方向。

為了解決輸電桿塔結(jié)構(gòu)塔材定位的問題，實(shí)現(xiàn)輸電桿塔空間模型的快速建模，本發(fā)明使用了向量定位法定位輸電桿塔的塔材的擺放方向，實(shí)現(xiàn)了塔材截面從局部坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。

在輸電桿塔結(jié)構(gòu)中，根據(jù)塔材的不同可以分為鋼管塔和角鋼塔。鋼管截面是中心對(duì)稱截面，也是軸對(duì)稱圖形，鋼管截面在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)任意角度和原截面的形狀是一樣的。角鋼截面是單軸對(duì)稱圖形，角鋼截面在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)一定角度，和原截面的形狀是不同的。

在空間中，輸電桿塔塔材的兩個(gè)端點(diǎn)確定后，由于角鋼截面是單軸對(duì)稱截面，角鋼的朝向并不能夠唯一的確定，在空間中的擺向有非常多的可能，非常復(fù)雜。

本發(fā)明的定位方法中包括以下內(nèi)容：

一、確立全局坐標(biāo)系與局部坐標(biāo)系

全局坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系都是空間直角坐標(biāo)系?？臻g直角坐標(biāo)系是以空間一點(diǎn)O為原點(diǎn)，建立三條兩兩垂直的數(shù)軸；x軸，y軸，z軸，這時(shí)建立了空間直角坐標(biāo)系Oxyz,其中點(diǎn)O稱為坐標(biāo)原點(diǎn)，三條軸統(tǒng)稱為坐標(biāo)軸，由坐標(biāo)軸確定的平面稱為坐標(biāo)平面。

全局坐標(biāo)系是以Z軸為豎直方向，+Z豎直向上，X-Y平面是水平面，坐標(biāo)(0，0，0)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。

局部坐標(biāo)系是以桿件方向?yàn)閤軸，以桿件的一個(gè)端點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)系。

二、定義輸電鐵塔的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)

如圖2所示，在全局坐標(biāo)系下，建立輸電鐵塔模型，需要定義所有桿件 上節(jié)點(diǎn)在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，在空間中唯一確定所有節(jié)點(diǎn)的位置信息。根據(jù)輸電鐵塔的連接關(guān)系建立桿件

所有節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)定義完成后，根據(jù)連接關(guān)系將節(jié)點(diǎn)連接成為桿件，這時(shí)桿件的兩個(gè)端點(diǎn)確定了，但是塔材截面在空間的擺放沒有唯一確定，如圖3所示。

三、在局部坐標(biāo)系下建立塔材截面

如圖4和7所示，塔材的截面在局部坐標(biāo)系的y-z平面內(nèi)定義。以角鋼塔材為例，如附圖1所示，以塔材截面的形心主軸分別為y軸和z軸，在局部坐標(biāo)系下建立塔材截面。

四、向量定位法定位塔材

兩個(gè)向量的叉乘是一個(gè)向量，并且兩個(gè)向量的叉乘向量與這兩個(gè)向量垂直。如附圖5所示，VxU是一個(gè)向量，并且與向量V、向量U相垂直。

輸電桿塔桿材的截面在局部坐標(biāo)系下定義完成后，需要通過定位向量確定局部坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系的關(guān)系，確定塔材在空間中的擺放位置。

如圖6所示，局部空間坐標(biāo)系為xyz，全局坐標(biāo)系為XYZ，在局部坐標(biāo)系中，塔材的形心主軸方向分別為y軸和z軸，塔材的兩個(gè)端點(diǎn)是i節(jié)點(diǎn)和j節(jié)點(diǎn)，從i節(jié)點(diǎn)到j(luò)節(jié)點(diǎn)的方向是局部坐標(biāo)系的x軸方向。局部坐標(biāo)系的x軸方向和z軸方向所在的截面是xz截面，這里可以選取xz截面上的任意一個(gè)不和x軸方向平行的向量為定位向量vecxz，定位向量vecxz在整體坐標(biāo)系下的矢量值為(vecxzX,vecxzY,vecxzZ)。

定義定位向量vecxz可以在整體坐標(biāo)系中的定位塔材，塔材從i節(jié)點(diǎn)到j(luò)節(jié)點(diǎn)的連接向量在全局坐標(biāo)系下的向量vecx，塔材的形心主軸y軸在全局坐標(biāo)系下的向量vecy，可以由空間定位向量vecxz與向量vecx叉乘得到，塔材形心主軸z軸在全局坐標(biāo)系下的向量vecz可以由向量vecy與向量vecx叉乘得到。

五、定位向量的選用

定位向量需根據(jù)輸電桿塔塔材的實(shí)際擺放向選用。因?yàn)槎ㄎ幌蛄靠梢赃x取xz截面上的任意一個(gè)不和x軸方向平行的向量，可以利用較少的向量定位塔材，例如：可以利用向量vecxz1＝(0,0,1)定義非豎直擺放桿件，利用vecxz2＝(1,0,0)定義豎直擺放桿件。最終形成輸電鐵塔空間模型，如圖8所示。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實(shí)施例應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。