土木工程施工中起重机械的虚拟仿真系统研究

摘要

本文将虚拟仿真技术应用到土木工程施工中可追溯到20世纪60年代。随着计算机软硬件的迅猛发展，特别是在图形和显示上所获得的巨大进步，把虚拟现实和计算机仿真技术应用到施工已成为土木工程中的一个研究热点。对施工全过程进行虚拟仿真，能够发现施工中可能出现的问题，以便采取相应的措施，从而达到项目的可控性，并可降低成本、缩短工期、减少风险，增强设计和施工的决策、优化与控制能力。 由于起重机在工程施工中的重要作用，因此起重机的虚拟仿真是施工虚拟仿真系统中的一个必然组成部分。当前国外在施工过程虚拟仿真方面已取得了较多的成就和较快发展，其中，起重机的虚拟仿真也已达到了较好的真实感。而国内在这个方面的研究和进步还远远不够。针对工程施工虚拟仿真的需要，本文利用OpenGL和面向对象的编程环境MicrosoftVisualBasic，从外形、工作状态和吊装过程三个方面，对工程中常用的四类起重机：履带式起重机、塔式起重机、牵缆式桅杆起重机和汽车式起重机进行了虚拟仿真。研究的主要内容包括： 1.分析不同种类起重机的组成和工作特点，利用OpenGL的几何建模技术，建立四类(每一类又包含了多种型号)起重机的参数化仿真模型。 2.建立起重机虚拟施工场景，并将OpenGL的颜色、材质、光照和纹理映射技术应用到虚拟仿真系统中，使系统的起重机仿真模型和施工场景更加真实。 3.应用OpenGL的空间变换技术，完成各类起重机各工作状态的虚拟仿真。在此基础上，分析起重机在吊装过程中的工作特性，虚拟仿真了各类起重机的吊装过程。 4.基于面向对象的思想，应用面向对象的程序开发环境MicrosoftVisualBasic，建立虚拟仿真系统的整体构架，增强了系统的交互性和通用性，方便了用户的管理和使用。 5.在单台起重机计算机仿真实现的基础上，初步探讨实现多台起重机联合吊装的建模和仿真方法。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1课题的背景

1.2课题研究的意义和价值

1.3土木工程施工仿真技术概述

1.3.1计算机虚拟仿真在土木工程中的应用

1.3.2国外研究现状

1.3.3国内研究现状

1.4本文的研究内容

第2章技术路线和研发工具

2.1技术路线

2.2研发工具

2.2.1 Microsoft Visual Basic

2.2.2 Open GL

2.3本章小结

第3章起重机仿真模型的建立

3.1施工常用起重机概述

3.1.1履带式起重机

3.1.2塔式起重机

3.1.3桅杆式起重机

3.1.4汽车式起重机

3.1.5四类起重机比较

3.2履带式起重机建模

3.2.1组成分析

3.2.2建立模型

3.3塔式起重机建模

3.3.1组成分析

3.3.2建立模型

3.4桅杆式起重机建模

3.4.1组成分析

3.4.2建立模型

3.5汽车式起重机建模

3.5.1组成分析

3.5.2建立模型

3.6本章小结

第4章起重机工作状态实时仿真

4.1引言

4.2施工常用起重机工作状态

4.3工作状态仿真原理和实现

4.3.1工作状态仿真原理

4.3.2工作状态仿真实现

4.4本章小结

第5章起重机吊装过程仿真

5.1引言

5.2起重机吊装过程分析

5.3吊装过程仿真原理和实现

5.3.1吊装过程仿真原理

5.3.2吊装过程仿真实现

5.4本章小结

第6章起重机虚拟仿真系统的设计和使用

6.1系统总体结构

6.2系统类库结构

6.2.1面向对象方法学

6.2.2系统类库结构设计

6.2.3系统类库结构实现

6.3模块功能和说明

6.4系统使用说明

6.4.1起重机仿真系统的启动和退出

6.4.2起重机仿真模型的输出和修改

6.4.3起重机工作状态仿真操作

6.4.4起重机吊装过程仿真操作

6.4.5系统仿真结果显示操作

6.5本章小结

第7章多台起重机联合吊装仿真初探

7.1引言

7.2多台起重机联合吊装建模

7.3多台起重机联合吊装仿真方法

7.4本章小结

第8章结论与展望

8.1结论

8.2存在的问题及下一步的工作

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果