[發明專利]一種基于六邊形的旋轉曲面剖分方法

有效

• 申請號: 201711110901.6
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN108288305B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 楊建;任思杰;嚴于勝
• 申請（專利權）人: 上海海勃膜結構股份有限公司;江蘇海勃膜科技有限公司
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于六邊形的旋轉曲面剖分方法，將旋轉曲面S沿經向分為n段，沿緯向分為m等份，以得到各經緯線的交點作為剖分網格初始頂點。依次連接各經線上相鄰頂點，得到全部經向剖分邊界；選一對相鄰經線，從母線剖分點V₀開始間隔選取各頂點，連接相應緯線與兩經線的交點得到一組緯向邊界線段；再取下一對相鄰經線，從母線剖分頂點V₁開始間隔選取各頂點，連接相應緯線與兩經線的交點得到下一組緯向邊界線段；如此交替重復，得到全部緯向剖分邊界。接著按使緯向邊界縮短的規則，繞曲面旋轉軸旋轉偏移各頂點，得到所需六邊形剖分網格。本發明針對旋轉曲面特點，提供了一種在旋轉曲面上創建六邊形剖分網格的方法，具有靈活、便捷的特點。

技術領域

本發明屬于計算機輔助設計技術領域，特別的涉及一種基于六邊形的旋轉曲面剖分方法。

背景技術

曲面剖分是指將曲面剖開成一系列碎片，其中每一個碎片都是曲邊多邊形，且任何兩個曲邊多邊形，要么不相交，要么相交于一條公共邊。上述曲面剖分方法可應用于空間自由曲面結構中桿系或索網結構的設計優化，在膜結構的設計中，也可以利用曲面剖分方法創建膜面增強單元結構布置方案，充氣囊體作為一種充氣膜結構，在對囊體結構的膜面采取增強措施時，也需要對膜面采取曲面剖分方法實現膜面增強帶布置設計和優化。對于充氣囊體表面的復合增強連接帶布置，交于同一節點的復合連接帶數量越少，且相鄰復合連接帶之間的夾角越大，越有利于避免囊體表面復合增強節點處的應力集中，提高膜面復合連接質量。與現有的三角形或四邊形曲面剖分方法相比，基于六邊形網絡的曲面剖分網格結構更有利于充氣囊體增強結構的設計優化。

近幾十年來，以充分利用材料的結構強度為目的的結構拓撲優化方法得到研究和應用，離散結構拓撲優化主要是在基結構的基礎上采用不同的優化策略求解，比如松馳算法(ε-Relax)和遺傳算法(GA)、基結構法(GSM)等。蘇亮等人在論文《三維自由曲面結構網格的自動生成》(空間結構學術會議論文，2012)中介紹了基于主應力軌跡線的結構網格自動生成方法和波前推進法提出了“St-surmesh”的自由曲面結構網格自動生成軟件，并對該方法進行了驗證；任宇航在其《基于遺傳算法的自由曲面網殼結構形態創構方法研究》(哈爾濱工業大學碩士學位論文，2015)中，詳細介紹了基于遺傳算法的曲面細分和優化的算法；潘煒等人在論文《基于曲面展開的自由曲面網格劃分》(浙江大學學報工學版，2016)中，提出基于曲面展開和映射思想的網格劃分方法，可生成線條流暢，大小均勻的網格。

發明內容

鑒于目前對曲面剖分方法的研究，曲面剖分方法以有限元網格生成方法為主，按單元形狀主要分為三角形剖分、四邊形剖分以及混合剖分等，尚未有提出直接構建六邊形剖分單元的曲面剖分方法。因此，針對充氣囊體增強結構的設計優化，需要提供一種基于六邊形單元的旋轉曲面剖分方法。

為實現上述目的，本發明公開了一種基于六邊形網絡的曲面剖分方法，具體地，針對充氣囊體表面具有旋轉對稱性的特點，根據用戶設置的剖分參數，將旋轉曲面S沿經向分為n段，沿緯向分為m等份，以得到各經緯線的交點作為剖分網格初始頂點。依次連接各經線上相鄰頂點，得到全部經向剖分邊界；選一對相鄰經線，從母線起始點V₀開始間隔選取各頂點，連接相應緯線與兩經線的交點得到一組緯向邊界線段；再取下一對相鄰經線，從母線剖分頂點V1開始間隔選取各頂點，連接相應緯線與兩經線的交點得到下一組緯向邊界線段；如此交替重復，得到全部緯向剖分邊界。接著按使緯向邊界縮短的規則，繞曲面旋轉軸旋轉偏移各頂點，得到所需六邊形剖分網格。本發明針對旋轉曲面特點，提供了一種基于六邊形對旋轉曲面進行剖分的方法，通過改變剖分參數，可以對六邊形網格單元的形狀、密度及線框模型精度進行調整，具有靈活、便捷的特點，可以充分提高復合增強囊體結構的設計優化工作效率。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

本發明所述一種旋轉曲面的六邊形網格剖分方法，包括以下步驟：

第一步、接收用戶輸入的旋轉曲面S和曲面剖分參數；