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作者：李至

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非常感谢李至的投稿

【作者介绍】

姓名：李至

背景：

天津大学建筑学院 大四 在读

清华大学参数化工作坊机械臂组助教

天津大学-UCLA联合工作坊助教

【正文】

近期在研究学习Karamba，这是基于Grasshopper的一款有限元分析（FEA）插件，主要应用于结构分析与优化，由于不是专业的结构师出身，这里仅从个人理解上探讨软件的用法，希望能给大多数设计师带来帮助。

首先，插件的官网是www.karamba3d.com，这个插件是收费插件，免费版基本没什么可以用的功能，专业版功能非常全。学生只需要30欧就能购买，我个人为了学习结构优化，购买了学生版，个人感觉对于学生来说价格还是很友好的。

插件安装方面，保证.net framework在4.0以上就行了，本插件还支持最新的RhinoBeat，Rhino正版用户可以按照Karamba的官方pdf中给的说明去安装到Beat上。

下面是Karamba软件参与的项目：

作品：CIAB Pavilion 设计者：ZHA CODE

作品：White Noise 设计者：soma architecture

作品： 设计者：falkeis | architects

个人认为作为设计师，完全可以尝试使用这类软件进行找形设计，来做出结构合理，具有实施可能性的设计，也能使设计师对于结构有更深一层的理解。

说明：本文是根据Karamba官方教程的说明为主线，夹杂自己的一些使用经验来进行阐述的，其中引用了部分karamba官方pdf的图片。

一、Karamba运算器分类简析

Karamba分了这么几类运算器，下面一个一来说：

"License“：就是授权信息，输出端可以用panel接出来查看当前授权和karamba的版本信息。

”Params“：是Karamba的各种数据类型，例如梁（beam），荷载（load），模型（model)等等，主要用于接收数据，跟GHparams里面的那些数据类型一样的用法。

“Algorithms”：用于对计算模型进行分析、优化的各种算法都在这个分类下。

“Cross Section”：主要存放用于设定单元的截面的运算器。

"Export":导出Karamba模型到DStV（不知道干嘛用的。。。这里就不解释了）

“Load”：用于施加外力的运算器。

“Material”：用于定义材料特性的运算器（这里的材料都是欧标的）。

“Model”：用于定义有限元模型，设定Support的运算器。

“Results”:用于反馈计算结果的运算器。

"Utilities"：一些比较实用的几何处理功能的运算器在这个目录下。比如去除重合线、重合点等等。

二、Karamba基本工作流

如上图所示，这是Karamba的基本工作流（套路），看上去英文好多好像挺复杂，实际上并不是，核心运算器是4号，它是用于接收各种有限元分析条件的运算器，只要满足了条件，用它接受进来，后面就可以实现想做的事情。以它为中心来看就比较简单了。

1.构建模型：在Rhino和Grasshopper里创建好对用的模型即可，然后对应使用Karamba中Model分类下的模型转换运算器就能被识别。最常用的例如Line可以转换成Beam，Mesh可以转换成Shell

2.设定Support：支撑这个运算器只有一个，在Model分类下，运算器有六个开关，分别是六个自由度可以打开关闭，输入端可以接入Point作为支撑点，也可以用模型中点的Index来作为输入。

3.设定Load：荷载有很多种，后面会有详细解释，通常荷载的设定，方向是必不可缺的。

4.集合条件，构建有限元模型：输入端从上到下依次是点、元素、支撑、外力、截面、材料、节点、元素集和极限距离。会输出有限元模型、模型信息、质量和重心

5.用算法计算模型：用之前算法那一栏里的运算器在这里对模型进行计算，输出计算后的模型和相应的参数。

6.结果可视化：对模型的计算结果进行可视化。通常会用到“ModelViem”这个运算器，后面对应不同的模型接入“BeamView”或“ShellView”。

三、计算条件解析

1.元素（Elements）

图中，第一部分是Line转化为Beam，第二部分是Mesh转化为Shell。后面的计算过程允许不对其做截面和材料的定义。Karamba一共提供桁架（truss）、梁（beam）和壳体（shell）三种元素。转换的同时，最下面的输入端可设定Id，在后面设定截面或材料时，可以直接输入对应的Id来做区分，不必一一对应数据结构。

2.材料（Materials）

定义材料的方式有两种，如图第一部分是通过设定材料的力学性能来定义材料（自定义），第二部分则是通过从材料库中选择材料来定义。如果不设定材料的话，默认材料是钢材。"Elems|Ids"是输入定义为该材料的元素的名称，就可以将材料赋给对应的元素，如果不设定此输入端，默认将该材料赋给所有的元素。

3.截面（Cross Section）

定义材料的方法也有很多，图中第一、二部分使用的是同一个运算器“Cross Section”，这个运算器本身可以定义多种截面，包括工字梁、方梁、空心圆梁、壳体厚度等。第三部分是根据截面库进行选取，“Read Cross Section Table from File"这个运算器内置了6602个截面类型，可以输出他们的名字或者id来选取所需要的截面。这些截面运算器同样，在"Elems|Ids"端输入对应的名称即可赋予对应的截面。

4.支撑（Supports）

支撑运算器下面有6个开关，T是translation，R是rotation，就是支撑点是否要把xyz三个轴向上的位移和旋转固定。“Pos|Ind”输入端可以直接输入点，也可以输入点的Index。可以通过下图这样的连接方法，利用"Model View"来显示出点的index后再用panel接入。

5.荷载（Loads）

如图，荷载运算器和截面运算器类似，下面有很多选项，有重力荷载、点荷载等等。需要注意的是同材料和截面，有些荷载的设定需要指定作用对象，可以通过输入元素的Id来赋予，另外每个荷载都有“LCase”这个输入端，意思是该荷载环境的编号，可以在同一编号的环境下施加多个荷载，也可以不同荷载不同环境，在后面分析的运算器可以分别做多种荷载环境的计算。

（1）重力荷载会作用于整个结构。（2）点荷载可以通过指定作用节点的Index或直接输入点来施加。（3）梁荷载需要输入作用梁的Id。（4）网格的荷载可以近似简化为静态等效的点或线的荷载。

**重力荷载和点荷载需要指定全局坐标系下的向量。梁荷载和网格荷载可以去指定应用于全局坐标系统还是局部坐标系统。

虽然不是专业的结构师，但是了解下这个软件还是非常有意思的，如果有问题有错误还请专业的结构师们指正（不敢班门弄斧），也希望能有更多的结构师来普及结构知识，加强设计师与结构师之间的配合。以下是我使用这个软件的一些项目作品：

并且会不断连载原创或转载有价值的参数化软件教程