[發明專利]一種基于切比雪夫算法的自由曲面網格智能化劃分方法

在審

• 申請號: 202210728241.2
• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN115186336A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 陳元坤;李霆;陳禮杰;李宏勝;邱文航;陶蘭潔;陳曉強;熊政超;陳威;吳雄
• 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;G06F111/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鐘鋒

本申請提供一種基于切比雪夫算法的自由曲面網格智能化劃分方法，該方法通過自動尋找曲面邊界對自由曲面進行延伸，并在延伸后的曲面上生成切比雪夫網格；針對自由曲面網格結構有曲面邊界的特點，定義了切比雪夫網格的桿件類型，然后利用曲面邊界對邊界桿件進行裁剪；最后利用彈簧質點法對得到的邊界網格進行桿長分組優化，同時能夠保證網格形狀基本不變。其所提供的網格劃分方法能夠在切比雪夫內部網格可控、均勻、流暢的基礎上有效減少桿長分組，方便切比雪夫網格的設計與施工，并得到線條流暢，過渡均勻的網格。

技術領域

本申請涉及建筑網格劃分領域，尤其涉及一種基于切比雪夫算法的自由曲面網格智能化劃分方法。

背景技術

空間結構在注重建筑美學效果及需要大跨度空間的公共建筑等領域具有明顯的優勢，在國內外得到了非常廣泛的應用。傳統空間結構的建筑表面均為可用解析函數表達的平面或簡單規則曲面，但難以滿足人們對優美建筑的追求。隨著計算機科學技術的進步、建筑施工工藝的發展和建筑審美的提高，尤其是進入二十一世紀以來，自由曲面結構以其優美的造型越來越多地出現在人們的視野當中?！白杂汕妗敝笩o法用單個或幾個解析函數表達的曲面，也可理解為那些明顯區別于傳統建筑造型的曲面。由于解析曲面具有一定的周期性或規律性，其網格劃分是比較方便的。而自由曲面的不規則性，使傳統的網格劃分對于自由曲面結構來說難以適用。因此，如何在自由曲面上生成線條流暢、大小基本一致的網格，是空間結構領域的熱點和難題。

國內外學者對自由曲面結構進行了大量研究。Bletzinger等將傳統的逆吊試驗與皂泡法結合，運用結構優化技術對曲面進行優化，結果表明三者結合具有較好的應用前景。高博青等對自由曲面網格劃分進行了一系列研究：利用彈簧質點法對自由曲面四邊形網格進行平面化處理，高度平面化四邊形網格有利于降低工程造價；通過邊界曲線分段并連線的辦法，生成適應于不同邊界及不同曲率曲面的自適應性網格；將復雜自由曲面離散為三角形面片，在面片上進行Delaunay三角剖分。李承銘等編制智能化網格設計程序，并運用于上海陽世博軸陽光谷設計。馮若強等同時考慮了自由曲面索支撐空間網格結構的力學、幾何、經濟指標，進行多目標優化。但目前針對四邊形網格，其均勻性和對復雜曲面邊界的適應性依然不理想。

發明內容

本申請提供一種基于切比雪夫算法的自由曲面網格智能化劃分方法，旨在解決現有的自由曲面上生成的網格不均勻的問題。

本申請的技術方案是：

一種基于切比雪夫算法的自由曲面網格智能化劃分方法，包括以下步驟：

S1，利用Grasshopper的Python函數提取曲面S的邊界B后，用Extend命令將所述曲面S根據設計的比例沿所述邊界B中的外邊界向外延伸；

S2，指定所述曲面S需要劃分網格的其中一個曲面，明確其中一個所述曲面上的切比雪夫算法的開始點和目標桿長，并明確所述網格上的X軸與其中一個所述曲面參數域u方向之間的夾角，具體地，其夾角可以由設計人員確定，可默認為0度，從而明確所述網格X軸與Y軸之間的夾角，網格的X軸與Y軸之間的夾角也為設計人員確定，可默認為90度；并且，開始點和目標桿長均由設計人員確定，目標桿長為期望網格內所有桿件能達到的桿長，由設計人員定義，一般為3米；

S3，基于所述開始點、所述網格的X軸與其中一個所述曲面參數域u方向之間的夾角、所述網格X軸與Y軸之間的夾角，所述網格X軸方向、Y軸方向上分別生成兩列控制點，每列控制點上的空間距離等于所述目標桿長；

S4，過X軸方向上的第一個控制點并作半徑等于所述目標桿長的第一球體，過Y軸方向上的第一個控制點并作半徑等于所述目標桿長的第二球體，求所述第一球體與所述第二球體的交線C，然后求所述交線C與所述曲面S的兩個交點，其中一個交點為開始點，另一個交點定為第一個網格點；