[發明專利]一種單層自由曲面空間網格優化方法

有效

• 申請號: 202011440722.0
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112464349B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 尹鵬飛;張慎;李霆;孟凡凱
• 申請（專利權）人: 中南建筑設計院股份有限公司
• 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

本發明公開了一種單層自由曲面空間網格優化方法，包括以下步驟：1)獲取待優化的曲面初始網格的三維模型；2)對三維模型設置約束條件，約束條件包括曲面約束、節點約束和曲線約束；3)解析初始網格，將網格節點分為固定節點、約束曲線上節點和普通節點三類；4)調整約束曲線上節點和普通節點的位置使得網格桿長標準差最小，得到最優網格。本發明方法不改變網格的拓撲關系，且保證網格節點始終位于目標曲面上，在對網格節點進行多次迭代優化調整后可有效改善網格的均勻性、流暢性和力學性能，是一套行之有效的方法。

技術領域

本發明涉及建筑結構設計輔助技術，尤其涉及一種單層自由曲面空間網格優化方法。

背景技術

隨著設計方法和建筑技術的不斷創新和發展，建筑師逐漸擺脫規則幾何造型的限制，把更多的流線型線條和自由曲面元素引入建筑造型中，特別是自由曲面形式的空間網格結構越來越多的出現在大眾視野，如阿布扎比Yas酒店、上海世博會陽光谷等。該類曲面結構具有較好的視覺表現力，但是自由曲面不同于柱面、球面這類常規曲面，無法用簡單的解析表達式進行描述，也無法直接采用傳統方法設計出高質量的網格，因而如何在這類曲面上布置均勻流暢、受力合理的高質量網格是當今自由曲面空間網格結構設計的一大難點。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種單層自由曲面空間網格優化方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種單層自由曲面空間網格優化方法，包括以下步驟：

1)獲取待優化的曲面初始網格的三維模型；

2)對三維模型設置約束條件，約束條件包括曲面約束、節點約束和曲線約束；設置約束條件通過拾取相應的曲面、節點和曲線三維模型實現；其中，曲面約束用于約束所屬節點位于曲面上，節點約束用于約束所屬節點固定不動，曲線約束用于約束所屬節點位于曲線上；

3)根據三維模型中設置的約束條件解析初始網格，將網格節點分為固定節點、約束曲線上節點和普通節點三類；

4)調整約束曲線上節點和普通節點的位置使得網格桿長標準差δ最小，得到優化后的最優網格。

按上述方案，所述步驟3)中解析初始網格，將網格節點劃分為固定節點、約束曲線上節點和普通節點三類，具體如下：

3.1)分析網格節點與指定的固定節點的距離，當該距離小于距離容差時，將其設置為固定節點；

3.2)分析網格節點到約束曲線的最近距離，當該距離小于距離容差時，判斷其為約束曲線上的節點，約束曲線上的節點在優化調整過程中維持其位置位于該約束曲線上；若當某個節點同時位于兩條約束曲線上時，將該節點設置為固定節點；

3.3)將除固定節點和指定曲線上節點之外的節點設為普通節點，普通節點在優化調整過程中始終位于目標曲面上。

按上述方案，所述步驟4)中網格桿長標準差δ采用以下公式計算：

其中，n為桿件總數，l_i為第i個桿件的幾何長度，α_i為與桿件內力相關的第i個桿件的幾何長度修正系數，δ為桿長標準差。

按上述方案，所述步驟4)中調整約束曲線上節點和普通節點的位置使得網格桿長標準差δ最小，采用以下優化方法：

4.1)設置最大優化迭代步數；

4.2)設置網格優化類型，根據優化類型確定桿件幾何長度修正系數；具體為：當網格優化不考慮桿件內力影響時取桿件幾何長度修正系數為固定值1；當網格優化考慮桿件內力影響時取桿件幾何長度修正系數α_i為跟桿件內力相關的系數，其中桿件內力是軸力、剪力或彎矩；

4.3)計算網格桿長標準差δ₀；