[發(fā)明專利]一種單層自由曲面空間網(wǎng)格優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011440722.0
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112464349B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹鵬飛;張慎;李霆;孟凡凱
• 申請（專利權(quán)）人: 中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06T17/20;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鐘鋒;李丹

1.一種單層自由曲面空間網(wǎng)格優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)獲取待優(yōu)化的曲面初始網(wǎng)格的三維模型；

2)對三維模型設(shè)置約束條件，約束條件包括曲面約束、節(jié)點(diǎn)約束和曲線約束；設(shè)置約束條件通過拾取相應(yīng)的曲面、節(jié)點(diǎn)和曲線三維模型實(shí)現(xiàn)；其中，曲面約束用于約束所屬節(jié)點(diǎn)位于曲面上，節(jié)點(diǎn)約束用于約束所屬節(jié)點(diǎn)固定不動(dòng)，曲線約束用于約束所屬節(jié)點(diǎn)位于曲線上；

3)根據(jù)三維模型中設(shè)置的約束條件解析初始網(wǎng)格，將網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)分為固定節(jié)點(diǎn)、約束曲線上節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)三類；

4)調(diào)整約束曲線上節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)的位置使得網(wǎng)格桿長標(biāo)準(zhǔn)差δ最小，得到最優(yōu)網(wǎng)格；

步驟4)中調(diào)整約束曲線上節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)的位置使得網(wǎng)格桿長標(biāo)準(zhǔn)差δ最小，采用以下優(yōu)化方法：

4.1)設(shè)置最大優(yōu)化迭代步數(shù)；

4.2)設(shè)置網(wǎng)格優(yōu)化類型，根據(jù)優(yōu)化類型確定桿件幾何長度修正系數(shù)；具體為：當(dāng)網(wǎng)格優(yōu)化不考慮桿件內(nèi)力影響時(shí)取桿件幾何長度修正系數(shù)為固定值1；當(dāng)網(wǎng)格優(yōu)化考慮桿件內(nèi)力影響時(shí)取桿件幾何長度修正系數(shù)α_i為跟桿件內(nèi)力相關(guān)的系數(shù)，其中桿件內(nèi)力是軸力、剪力或彎矩；

4.3)計(jì)算網(wǎng)格桿長標(biāo)準(zhǔn)差δ₀；

4.4)調(diào)整單個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，使其與周邊鄰接各點(diǎn)的桿長標(biāo)準(zhǔn)差最小，具體如下：

對于約束曲線上的任一節(jié)點(diǎn)P_i的優(yōu)化調(diào)整操作如下：

4.4.1)將節(jié)點(diǎn)P_i的周邊鄰接節(jié)點(diǎn)拉回到約束曲線上得到曲線上的點(diǎn)，其中曲線上相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)點(diǎn)之間的曲線段作為搜索線段T；

4.4.2)將搜索線段T等分為m份得到m個(gè)小線段；

4.4.3)計(jì)算每一小線段的中點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)P_i的周邊鄰接各點(diǎn)的桿長標(biāo)準(zhǔn)差，取標(biāo)準(zhǔn)差最小的中點(diǎn)對應(yīng)的線段為新的搜索線段，并將節(jié)點(diǎn)P_i調(diào)整到該中點(diǎn)位置；

4.4.4)重復(fù)步驟4.4.2)至4.4.3)直到節(jié)點(diǎn)P_i與周邊鄰接各點(diǎn)的桿長標(biāo)準(zhǔn)差的相對變化值小于精度設(shè)定值，結(jié)束循環(huán)，完成節(jié)點(diǎn)P_i的優(yōu)化調(diào)整；

對于普通節(jié)點(diǎn)Q_j的優(yōu)化調(diào)整操作：

4.4.5)將節(jié)點(diǎn)Q_j的周邊鄰接各點(diǎn)按順序依次連接后與節(jié)點(diǎn)Q_j連線形成由多個(gè)三角形組成的搜索域Ω；

4.4.6)將搜索域Ω中的每個(gè)三角形細(xì)分n次得到n²個(gè)小三角形；

4.4.7)將上述細(xì)分后的三角形節(jié)點(diǎn)拉回目標(biāo)曲面；

4.4.8)計(jì)算每個(gè)小三角形的重心到節(jié)點(diǎn)Q_j鄰接各點(diǎn)的桿長標(biāo)準(zhǔn)差，取標(biāo)準(zhǔn)差最小的三角形作為新的搜索域，并將節(jié)點(diǎn)Q_j調(diào)整到該三角形重心到目標(biāo)曲面的最近點(diǎn)上；

4.4.9)重復(fù)步驟4.4.6)至4.4.8)直到節(jié)點(diǎn)Q_j與周邊鄰接各點(diǎn)的桿長標(biāo)準(zhǔn)差相對變化值小于精度設(shè)定值，結(jié)束循環(huán)完成節(jié)點(diǎn)Q_j的優(yōu)化調(diào)整；

5)重復(fù)步驟4)依次調(diào)整其他節(jié)點(diǎn)，直至所有節(jié)點(diǎn)調(diào)整完成后即完成一次網(wǎng)格優(yōu)化調(diào)整，計(jì)算網(wǎng)格桿長標(biāo)準(zhǔn)差δ_i；

6)計(jì)算并判斷該值是否小于精度設(shè)定值ε，若是則結(jié)束循環(huán)，否則重復(fù)步驟4.3)至4.5)直到達(dá)到設(shè)定的最大迭代步數(shù)；

7)輸出最終優(yōu)化網(wǎng)格。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層自由曲面空間網(wǎng)格優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3)中解析初始網(wǎng)格，將網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)劃分為固定節(jié)點(diǎn)、約束曲線上節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)三類，具體如下：

3.1)分析網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)約束時(shí)指定的固定節(jié)點(diǎn)的距離，當(dāng)該距離小于距離容差時(shí)，將其設(shè)置為固定節(jié)點(diǎn)；

3.2)分析網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)到約束曲線的最近距離，當(dāng)該距離小于距離容差時(shí)，判斷其為約束曲線上的節(jié)點(diǎn)，約束曲線上的節(jié)點(diǎn)在優(yōu)化調(diào)整過程中維持其位置位于該約束曲線上；若當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)位于兩條約束曲線上時(shí)，將該節(jié)點(diǎn)設(shè)置為固定節(jié)點(diǎn)；

3.3)將除固定節(jié)點(diǎn)和指定曲線上節(jié)點(diǎn)之外的節(jié)點(diǎn)設(shè)為普通節(jié)點(diǎn)，普通節(jié)點(diǎn)在優(yōu)化調(diào)整過程中始終位于目標(biāo)曲面上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層自由曲面空間網(wǎng)格優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟4)中網(wǎng)格桿長標(biāo)準(zhǔn)差δ采用以下公式計(jì)算：

其中，n為桿件總數(shù)，l_i為第i個(gè)桿件的幾何長度，α_i為與桿件內(nèi)力相關(guān)的第i個(gè)桿件的幾何長度修正系數(shù)，δ為桿長標(biāo)準(zhǔn)差。