[發明專利]有限元仿真太陽光線遮蔽計算方法

有效

• 申請號: 201810132967.3
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108319792B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 朱振泱;張國新;劉毅;楊萍;粘智光;王振紅;張磊;劉有志;侯文倩
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 朱麗華

1.一種有限元仿真太陽光線遮蔽計算方法，其特征在于，包括：

S1：確定有限元模型，該有限元模型的表面由若干四邊形或三角形構成，定義該三角形為兩個節點重合的四邊形；

S2：對于每個四邊形上的四個節點，在x、y、z方向上分別確定四個節點坐標的最大值ma_i和最小值mn_i；

其中，i＝1，2，3，i＝1表示x方向，i＝2表示y方向，i＝3表示z方向，ma_i＝max{s_i(p₁)，s_i(p₂)，s_i(p₃)，s_i(p₄)}，mn_i＝min{s_i(p₁)，s_i(p₂)，s_i(p₃)，s_i(p₄)}，當i＝1時，s₁(p)表示p點的x坐標值，當i＝2時，s₂(p)表示p點的y坐標值，當i＝3時，s₃(p)表示p點的z坐標值，p∈{p₁，p₂，p₃，p₄}；

S3：應用向量基本特性判斷法判斷有限元模型表面是否為遮蔽面；

該向量基本特性判斷法為：太陽光線被有限元模型表面的四邊形S遮蔽而不能到達有限元節點k點的必要條件為：

即，不滿足式(5)所示條件的面確定不是k點的遮蔽面；

其中，i＝1，2，3時，a_i分別表示太陽光線在x、y、z方向上的分向量；

S4：對于滿足式(5)所示條件的面，應用坐標值對比法判斷有限元模型表面是否為遮蔽面；

該坐標值對比法為：太陽光線被四邊形S遮蔽而不能到達k點的必要條件為：

mn_i≤t_i≤ma_i (9)

即，不滿足式(9)所示條件的面確定不是k點的遮蔽面；

其中，i＝1，2，3時，t_i分別表示從k點發出的與太陽光線角度大小相等方向相反的光線與四邊形S所在平面的交點在x、y、z方向上的坐標；其中，該光線和四邊形S所在平面的內交點和外交點為光線和四邊形S所在平面的交點；

S5：對于滿足式(9)所示條件的面，應用面積法判斷有限元模型表面是否為遮蔽面；

該面積法為：

點t為從k點發出的、與太陽光線角度大小相等、方向相反的光線與四邊形S所在平面的交點，由p₁、p₂、p₃組成的三角形的面積為st₁，由點t、p₁、p₂組成的三角形的面積為A₁₁，由t、p₂、p₃組成的三角形的面積為A₁₂，由t、p₁、p₃組成的三角形的面積為A₁₃；

則，太陽光線被四邊形S遮蔽而無法到達k點的充分條件為：

st₁＝A₁₁+A₁₂+A₁₃ (11)

即，滿足式(11)所示條件的面為k點的遮蔽面；

對于不滿足式(11)所示條件的面，則繼續進行以下判斷：

由p₁、p₃、p₄組成的三角形的面積為st₂；由點t、p₁、p₃組成的三角形的面積為A₂₁，由t、p₃、p₄組成的三角形的面積為A₂₂，由t、p₁、p₄組成的三角形的面積為A₂₃；

則，太陽光線被四邊形S遮蔽而無法到達k點的充分條件為：

st₂＝A₂₁+A₂₂+A₂₃ (12)

即，滿足式(12)所示條件的面為k點的遮蔽面；

對于既不滿足式(11)也不滿足式(12)所示條件的面，確定該面不是節點k的遮蔽面。