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　　跟着光学手艺、电子手艺和新闻手艺的突飞大进，都市雕塑的数字化打算也进入使用阶段。国内进展相比照较成熟的修筑成果图和修筑动画筑造中，3DMAX的应用率更是吞噬了绝对的上风。重庆市大型都市雕塑“来日之光”及“重庆直辖”的模子(图1)构培植采用了3DMAX三维筑模手艺。

　　当代雕塑打算为了到达艺术上的阐扬成果，其形式往往不是那么章程，而守旧的三维筑模门径不行对繁复曲面物体举办几何筑模。三维光纤摄像丈量手艺（即三维扫描手艺）采用光栅投影丈量的非接触丈量办法，可能直接获得真正物体皮相的采样点，即点云数据[1]。通过三维扫描手艺筑造出的3D模子数据精度高，可直接用于载荷受力明白。通过三维扫描收罗到的点云数据来拟合出肆意曲面，这类办法不受曲面繁复度的影响，正在对物体的采样数据足够的景况下可能获得很高的精度[2]。通过三维扫描手艺举办物体扫描时，为了得回足够精度，须要收罗点的数据相应较多，但这会使得模子重构流程岁月花费过长，数据量过大，晦气于存储和传输。故对差其余被测对象，应当采取合意精度。正在“园缘园”雕塑工程中，对雕塑CAD模子的重构便是通过三维扫描手艺来告竣的。该雕塑的幼样实物照片及扫描模子如图2所示，该雕塑的全盘造型有豪爽不章程的镂空斑纹，要举办模子重构采取三维扫描是斗劲符合的。于是，起初采用TripleSIDIOProAdvance三维扫描仪对雕塑幼样举办扫描，再将扫描获得的数据花样导入UG软件举办数据交融，并人为对模子修整后获得可使用于明白的模子。

　　三维扫描手艺不只用于雕塑的造型打算，同有限元软件联合，还可能告竣大型雕塑组织的受力明白。看待少许造型迥殊、样式繁复的雕塑而言，通常的有限元明白软件很难告竣筑模，经三维扫描获得的数据文献能通过软件树立的接口导入到有限元明白软件ANSYS中，告竣组织模子的设置，大大轻易和简化了筑模流程，为确切举办组织明白及数值模仿供应了牢靠的数据。“重庆直辖”大型雕塑的满堂造型是一个空间异形组织，此中，组成其要紧空间造型的3个大型翼板通过一个扭曲的空间节点相连。此节点打算为箱型截面，因为全盘节点受力繁复，通常的杆系组织模子难以对其作无误揣测，须要举办特意的受力明白。因为扭曲节点的空间定位无次序可循，无论是采用CAD如故其他图形软件，告竣扭曲节点的筑模都是一件斗劲贫困的事。于是，通过三维扫描手艺造成数据文献后再读入ANSYS软件，经改正后最终造成组织明白可能采用的有限元节点模子。

　　“园缘园”雕塑的满堂造型为跨度30m，失高12.8m的半球形镂空非轨范空间网格组织。组织构件采用箱型截面，箱型截面的宽度遵照雕塑的图案确定，截面高度为400mm，组织中高度正在1.5m以下的截面翼缘及腹板采用10mm；1.5m以上翼缘厚度采用6mm，腹板厚度采用4mm。主体组织钢骨架资料采用Q345B，为了防腐，全盘雕塑表包一层3mm的不锈钢钢板。有限元模子选用SHELL181壳单位，因为恒载是由软件自愿揣测，对雕塑表包3mm厚的不锈钢造型繁复，揣测不锈钢的表包层恒载漫衍景况贫困，为了保障组织的揣测确切同时知足不锈钢面层荷载的漫衍，通过调换钢材密度的办法，即将不锈钢面层的荷载也同时折算到钢骨架的密度中去来揣测不锈钢面层荷载。对雕塑组织的统造收拾为仅对四脚落地的钢柱四个脚采用刚性统造，即3个倾向的位移统造和3个倾向的动弹统造。对雕塑模子举办组织受力明白时，分离酌量了恒载、活荷载及风荷载。风荷载及活荷载均酌量了最晦气漫衍景况，即半跨安顿荷载。图3为园缘完竣堂组织应力云图及下翼缘个人应力云图，最大应力为172.334MPa，最大应力所正在场所均正在接近柱脚截面，宽度较幼且要紧为径向传力的构件处，因为该处场所亲热底部，受力又斗劲大，所以属于虚弱闭键处，应试虑合意加宽。组织的变形最大场所位于迎风面、满堂组织截面减少较大处，即镂空斑纹最大的地方，位移最大，但遵照几种工况明白察觉，最大位移也仅为19.7mm，证明组织的满堂刚度很好。

　　通常组织工程打算软件的单位划分以杆系组织为主，当应用正在雕塑工程这种繁复造型的组织中时，对某些个人受力节点的内力判定往往会失真，所以须要采用有限元软件对个人节点举办受力明白[3]。位于重庆市龙头寺火车站北广场的雕塑，由5个独立的单位构成，均为长悬臂异形体组织，此中最大的一个雕塑高12m，悬挑长度22.8m，采用箱形截面。有限元模子选用ANSYS供应的SHELL181单位，图4为模子正在竖向荷载用意下的个人应力云图和整移云图。4可能看出：最大应力显示正在圆弧形表肋与柱子衔接的下尖角处，明白证据，此处弯矩及轴力都较大，个人应力最大值乃至到达了366.5Mpa，越过了Q235的打算强度，与杆系组织明白的结果区别很大，须要对组织的个人区域举办增强。满堂最大位移显示正在悬挑端，为314.8mm，约为悬挑长度的1/73，需增强构造要领对挠度予以掌管。通过对原组织圆弧段与斜柱结交处的箱形截面内部再其它树立两道横向隔板及两道横向加劲肋，同时插足两道纵向加劲肋，并正在圆弧形表肋上笔直就寝一块宽度为200mm的横向加劲板，图5为调动后的个人模子。对换整后的模子举办明白，获得满堂最大位移显示正在悬挑端，为177mm，约为悬挑长度的1/130，变形固然如故较大，但举动雕塑，属于可能授与的变形值。节点相近最大应力如图5所示，其场所发作了调换，显示正在表肋板与横向加劲板的下部交壤处，为143MPa，远幼于Q235钢材的打算强度，切合组织变形及强度的哀求。大型雕塑“重庆直辖”(图1)，采用ANSYS有限元明白次第对该雕塑扭曲节点部门举办受力明白，因为该节点实践支承正在两个落地的Г型框架上，且空间造型斗劲繁复，要无误酌量其对节点的统造刚度斗劲贫困，于是，正在设置节点的有限元模子时，将与节点有衔接部门的Г型框架一并设置出来以模仿节点的弹性统造刚度。但作了少许简化，原组织为钢管桁架，遵照截面刚度一样的准绳简化为箱形。模子的完全例型、尺寸遵照雕塑幼样，按三维扫描图放大55倍后取用。节点明白酌量了3种差其余构造景况：①衔接处担心顿加劲肋；②衔接处仅安顿横向加劲肋；③衔接处同时安顿斜向加劲肋与横向加劲肋。图6分离给出了正在3种差别构造景况下获得的节点变形及应力漫衍图，第1种构造景况下最大应力为432MPa，雄伟于Q345钢材的打算强度；第2种构造景况下获得的最大应力为245MPa，第3种构造景况下获得的最大应力为237MPa。此时的最大应力较不树立加劲肋时减幼了约80%，证明加劲肋（希奇是横向加劲肋）对减幼个人应力集顶用意很大。最大应力所正在的场所，是正在节点与柱子衔接处一个尖角上，其余部位应力程度很幼。遵照节点有限元明白结果，正在“重庆直辖”雕塑筑造时，最终采取了计划3。

　　繁复空间组织须要举办非线性明白，遵照《空间组织手艺规程》JGJ7-2010的规则，看待单层网壳型组织编造，须要举办组织的平稳性验算[4]。平稳性验算采用荷载-位移全流程明白，并酌量资料为统统弹性[5]。“圆缘园”有限元模子屈曲加载计划为正在满跨均布荷载用意下逐级加载，初始几何缺陷的漫衍采用组织的低阶屈曲模态，缺陷的最大值取跨度的1/300，即30000/300=100mm。酌量正在距柱底1.5m处，柱子部门的翼缘、腹板以及中部横隔板板厚均采用10mm，揣测获得的组织前5阶模态其频率及极限承载力见表1，可能看出，组织的前5阶屈曲模态非凡亲热，都是柱脚上部，这是因为箱型截面的板件厚度正在此变薄，所以发作个人失稳。遵照《空间网格组织手艺规程》JGJ7-2010的规则，网壳的平稳容许承载力应等于网壳的极限承载力除以太平系数K，当按弹性全流程明白时，取K=4.2。由表1的揣测结果得，最低平稳容许承载力N=3817/4.2=909kN，大于该工程最晦气荷载组合871kN，证明该雕塑不会牺牲平稳性。

　　雕塑行业过去常采用贴纸的办法来丈量雕塑的皮相积，不过因为如下谬误，使得这一守旧手艺逐步成为史书：（1）当遇斗劲繁复雕塑，剪切贴纸斗劲贫困。（2）结尾得出的皮相积结果数据精度很低，测算结果根据性不高，说服力不强。（3）获得的结果无法举动后续明白材料，使得雕塑工程的工程量统计和概算短少科学根据。跟着3D三维扫描手艺正在雕塑行业得以遍及使用，有限元软件对大型雕塑的工程量统计明白以及概算掌管供应了科学的根据和保护，三维扫描手艺的进展以及有限元明白软件的配合应用，使得雕塑的丈量精度及事务效力获得大幅提升，轻松告竣了雕塑的高效、高精度3D全尺寸检测，可直接测算出雕塑的皮相积、体积等参数，进而告竣了正在雕塑本钱的合理掌管方面有了牢靠的数据根据。本文上面提到几个大型雕塑项宗旨工程量统计及造价掌管，便是通过三维扫描手艺联合有限元明白软件沿途获得的。