用KARAMBA半小时搞定受力分析

相信大家在做建构类设计时都会发现,完成一个结构系统原型后,需要分析其受力状况并根据分析结果进行调整,从而在实现结构合理性的同时达到对材料的最高效利用。

这次要介绍给大家的GH插件Karamba就可以帮助结构小白快速完成最基础的结构分析,了解各构件受弯受压状况。同时本篇教程的最后还将告诉大家怎么样阅读Karamba分析图,并据此对结构模型提出修改意见。

用KARAMBA半小时搞定受力分析

A.

安装karamba                                                                                                  

关于karamba的安装,请从官网下载,同时官网还提供海量视频教程,包教包会。这里附上链接:https://www.karamba3d.com/download/

(不过要注意如果学校没有帮你购买教育认证,只能下载试用版,则部分功能无法使用)

用KARAMBA半小时搞定受力分析

正式版的karamba在安装完成后在grasshopper里打开可以看到这样的界面:

用KARAMBA半小时搞定受力分析

B.

准备模型                                                                                                           

接下来需要准备一个用于分析的简化结构模型,这里用笔者的一个作业为例。为karamba准备的模型只需要点、线和面,分别表示结构中的关节、线性构件以及板状构件。

用KARAMBA半小时搞定受力分析

所有的构件按照结构层级分好图层,分得越细越好。虽然这一步并不需要非常严格,但因为之后要用karamba将这些线和面生成立体构件,最好是将同样截面形状、尺寸的物件放在一个图层,方便接下来的操作。最重要的一点是,所有的线必须在关节处打断,不可以出现连续但与其他线交接的线。

用KARAMBA半小时搞定受力分析
用KARAMBA半小时搞定受力分析

最快的方式是,按照主次建出所有的线性构件并用这些线放样(loft)出需要的板状构件,之后对所有的线取交集(intersect)得到关节点,然后用分割命令(split)然后用所有的点将所有的线打断。点和面要放在另外的单独图层,给每一个图层命上辨识度高的名字。

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C.

导入karamba                                                                                                   

1.添加Geometry Pipeline运算器,双击layer输入图层名称然后在下方四种选项中选择曲线,这个操作将Rhino中的线导入karamba。

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2.添加Line to Beam运算器以及一个输入了该图层名字的Panel运算器,如图连接。

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3.上面是线性构件的导入方式,板状构件则是用Mesh to Shell运算器,记得在Geometry Pipeline中选择曲面。

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4.把所有图层依次导入好。添加一个新运算器Assemble Model,按住Shift将前面的所有运算器接到Assemble Model。

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5.接下来设置支撑,将supprot图层,即你的结构中接地构件所在的图层,如图连接到新运算器End Point和Support,并接到Assenmble的Support端。

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6.接下来设置荷载。添加新运算器Load。

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7.如图连接Number Slider、Unit Z、Point运算器至Loads。

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8.双击Points运算器,选择Select Multiple Points,在Rhino中将所有的点选中。

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9.如图将Loads输入到Assemble的Loads端。

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10.添加Cross Section运算器设置截面形状和尺寸,还是一样加上Slider和输入了图层名称的Panels。这里的形状我全部用了Circular Hollow也就是圆管截面,点进去还有很多种可选。

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11.上面是线性构件的截面设置方法,板状构件则选择Shell。

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12.设置好所有图层的截面形状及尺寸之后按住Shift全部连接到Assemble运算器。

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13.添加新运算器AnalyzeThl,如图连接。

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14.添加新运算器Model View和Beam View,如图连接。Beam View运算器用于分析线性构件。此时发现Rhino里没有显示结果,说明有错误,稍后回来检查。

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15.将Beam View连接到新运算器Legend。

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16.同样地,加上Shell View运算器,用于分析板状构件。和前面的Model View连接。这样电池组的连接就完成了,不过Rhino中还是没有显示结果,我们回去检查一下。

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17.发现Assemble运算器黄了,说明Assemble之前的电池有问题。

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18.原来是Support运算器忘记勾选方向,勾选Tx、Ty和Tz之后Rhino中出现了分析结果。

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19.显示的结果中support太多了,明显有错。support部分在Model View中显示为有三个绿色三角形的节点,只有模型接地的地方才会出现,图中support出现在了很多不接地的节点上。解决这个问题要检查两个地方,首先确认support图层中是否只有接地构件,像我这边就不小心把一些梁放在了support图层。确认之后还要检查End Point电池中是否选对了端点。当这些都选对了,结果会如上图。到这里为止,把模型导入Karamba的部分就结束了。这是非常基础的部分,如果大家感兴趣,还可以给自己的结构添加材质等等。。。

D.

从karamba受力图得出结构修改意见                                                                

这个部分主要讲一下怎么用Beam View和Shell View电池来看分析结果,以及怎么测试和调整你的结构

用KARAMBA半小时搞定受力分析

1.将前面所有的电池不可见,只留下Beam View和Shell View,可以清楚地看到各个构件的受力状况。现在可以到前面的Cross Section运算器,拖动Number Slider调整所有构件的尺寸。然后我们先把Shell View关掉,只看Beam的部分。在Render Setting里我们选择Utilization,此时各个构件的使用率会以Legend中的颜色出现。越红的部分使用率最高,反之如果显示蓝色,就代表这个部分的结构使用率不高,出现浪费了。

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2.然后我们再打开Shell View来看Shell的结果,同样的,越红使用率越高,越蓝越浪费。

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3.看完Utilization,我们可以在Render Setting里把选项改为Displacement,来看结构移位的结果。同样,按照Legend显示的颜色,图中越粉的部分发生移位的程度越大。

用KARAMBA半小时搞定受力分析

4.为了看具体的形变状况,我们这里首先把前面的Load值加到-10以上。

用KARAMBA半小时搞定受力分析

5.然后在Model View里面Display Scales的里把Deformation也加到50左右。此时可以看见我们的模型就坍塌了。。。这个坍塌其实并不表示这个结构是失败的,而是以夸张效果演示了具体部位的形变状况,指导我们那些部分的结构需要加强。现实中发生形变的程度,有可能是肉眼观察不到的。

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6.知道了模型的形变状况之后,我们可以对模型做一些小改动。通过添加和删除部分构件,来测试是否有更好的解决方案。我随便加减一些结构稍作演示。我们先关掉Shell View,这样可以更清楚地看到Beam此时的形变状况。

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7.我们失灵前面所有与truss有关的输入端,把truss去掉。此时可以看到模型坍塌得更严重了,证明truss对于保持整体结构稳定性是有效的。

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8.然后现在我再新添一个图层,随便加上一些杆件,发现杆件本身变形也很严重,且同时杆件加强的地方形变状况确实减小了,证明加的这些杆件也对保持结构稳定性有助益。用这个逻辑,大家可以在结构设计过程中,通过不断增减构件来试错,最终精炼地表达你的结构。

这次的分享就到这里,受力分析辅助软件除了Karamba还有很多。

下一期我们将给大家介绍Axis VM,是一个很能打的结构分析的软件,它拥有比Karamba更智能的材料与规范数据库,同时在构件导入方面也更为方便。敬请期待哦~

声明:文章已获原作者授权

2021-05-13 原文

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