自由形态B样条曲面网格生成的参数化方法研究(英文)

研究了自由曲面上网格的参数化生成方法.该方法利用了张量积曲面的特性,通过在曲面上提取等参线并等分等参线来生成网格.阐述了在B样条曲面上提取等参线(实质是B样条曲线)的原理,并给出了等参线等分以及由等参数生成网格的算法步骤.列举三个不同类型曲面上网格生成的例子,通过这些算例进一步介绍该方法的使用范围和使用策略.最后通过在实际工程中的应用案例表明该法的实用性及有效性.这一新网格生成技术能够划分出既均匀又美观的网格,可以广泛应用于自由曲面空间网格结构.     

复杂自由曲面的离散化网格划分方法

为了寻求复杂自由曲面网格划分的方法,在NURBS曲面表达式的参数域U、V方向上划分成n×m等分,对于存在裁剪、开洞等情形的曲面,将边界外的点舍弃,同时在参数域平面上形成三角形网格,并将该网格映射到空间曲面,即得到离散方法表示的曲面面片.为适应网格疏密程度、曲面曲率变化的要求,引入密度修正函数与曲率修正函数,使曲面布点按...     

自由曲面单层网格的智能布局设计研究

单层网格结构的网格划分标准不同于有限元网格的划分,它更侧重于以定性要求为标准的网格质量评价。为满足自由曲面单层网格杆件长度尽量一致、分布尽量均匀、过渡尽量流畅的要求,以自由曲面优化找形为前提,基于网格形状和单元长度的网格质量衡量标准,编制智能化网格设计程序。在整个布局设计过程中,首先通过拓扑不变的原则将空间问题转化为平面问题。其次,利用空间映射原理将在平面参考域上布置好的网格映射回三维空间曲面。最后,通过对初始拓扑网格进行智能化的修正和优化,保证所有杆件长度一致、网格布置美观的效果。通过在上海世博轴阳光谷工程中的实际应用证明,该方法操作简单,效果理想。且若采用不同拓扑关系布置的网格可以生成同样要求的最终杆件布置效果,供建筑师设计选用。     

基于自定义单元法的自由曲面网格划分研究北大核心CSCD

为实现对任意自由曲面的建筑网格划分,采用自定义单元法,以网格节点为对象,以"代"为整体进行节点推进。首先,根据节点的演化规律进行网格单元自定义。其次,在节点推进过程中,根据曲面特征进行单元选择生成下代节点,自适应曲面尺寸变化,将每一推进步单元"组装",建立网格拓扑的参数化表达;采用黎曼度量表征单元节点参数距离,考虑适应曲面曲率特征,确定节点参数坐标。最后,参数网格映射到自由曲面形成空间网格结构。结果表明,自定义单元法能够通过参数选择实现对网格规模和形式的量化控制,为自由曲面提供多样化网格划分方案,生成的网格杆件均匀、线条流畅、形式多样。     

自由曲面空间网格结构研究及力学性能分析

基于浙江大学空间结构研究中心自主研发的ZD-mesher软件,对NURBS表达的自由曲面,分别采用映射法和映射-拟桁架法进行网格划分,得到两种形式的曲面网格.对这两种自由曲面网格结构进行受力分析,并结合建筑视觉效果、结构力学性能及建造经济性等指标,综合评判网格形式对于自由曲面空间结构的影响,为此类结构的实际工程应用提供参考.最后,针对某自由曲面网格结构实际工程,进行网格划分,并分析其受力性能,获得建筑美观和结构性能的完美统一.     

自由曲面索支撑空间网格结构形态优化

索支撑空间网格结构是一种新型的单层网壳形式,主要应用于玻璃采光顶结构中。由于目前对自由曲面索支撑空间网格结构形态方面的研究国内外还相对较少,为此提出了一套适用于该类结构的形态优化方法。该优化方法采用结构整体应变能为优化目标、结构高度为优化变量、共轭梯度法为优化算法。根据索支撑空间网格结构的建模方法,将优化结构整个曲面转化为优化结构的准线和母线。采用该方法对自由曲面索支撑空间网格结构进行形态优化研究,得到结论如下:首先,采用本文形态优化方法,收敛速度快,形态优化后结构的力学性能提高很大;其次,形态优化过程中平面四边形网格属性不变,优化变量少;最后,对优化后的离散网格重新进行拟合生成曲面,对该曲面重新划分网格,保证网格长度相等。重新划分网格为结构构件加工和施工提供了便利,而且结构力学性能削弱不大。     

自由形态空间网格结构建模技术研究综述

自由形态空间网格结构是指结构整体几何形态不能用解析函数精确表达或拟合,并能以任何方式自由变化的空间网格结构,具有形式多样化和自由化的特点,但其网格划分存在一定的难度.本文总结以往的研究成果,将其归纳和汇总为三种自由形态空间网格结构建模的思路,然后总结并分析比较了用于自由形态网格生成的典型方法的特点、性能及其应用,总结了网格质量的衡量指标及网格优化方法,同时对曲面造型方法及曲面优化方法进行介绍,最后对自由形态空间网格结构建模技术的发展做出展望.     

基于切比雪夫网格的自由曲面网格自适应及杆长优化

本文基于Rhino软件及其参数化设计插件Grasshopper,实现了切比雪夫网格在该平台的应用。首先针对自由曲面网格结构有曲面边界的特点,定义了切比雪夫网格的杆件类型;然后通过自动寻找曲面边界对自由曲面进行延伸,并在延伸后的曲面上生成切比雪夫网格,利用曲面边界进行裁剪;最后利用弹簧质点法对得到的边界网格进行杆长分组优化,同时能够保证网格形状基本不变。该方法能够在切比雪夫内部网格可控、均匀、流畅性的基础上有效减少杆长分组,方便切比雪夫网格的结构设计与施工。     

基于Grasshopper的自由曲面网壳菱形网格划分（英文）

现代空间网壳结构以自由曲面造型为重要特征,如何对自由曲面进行网格划分是结构设计的关键问题.本文采用三维建模软件Rhinoceros及其可视化编程插件Grasshopper实现了一种基于简单几何原理的自由曲面网壳结构菱形网格划分方法.该方法的优点是生成的网格具有统一长度,有利于降低结构设计、构件制造及施工的复杂度.通过造型各异的算例验证了该方法的有效性.     

复杂区域四边形网格生成的基本模板法

基于等参映射,提出了生成全四边形网格的基本模板法,该方法将物理空间的简单区域映射至数学面上划分,利用数学面上的基本模板生成单元,能够非常有效地实现网格的疏密过渡,能处理复杂的介质区域,能生成节理单元     

膜结构裁剪分析中曲面的模拟与短程线的生成

对膜结构裁剪分析中的两个重要问题———膜结构曲面的模拟及短程线的生成方法进行了讨论。提出了以插值函数分片拟合曲面 ,并用曲面片的集合来表示曲面的方法。在此基础上 ,提出了用动力松驰法计算曲面上两点间短程线的方法 ,并进行了实例计算     

自由曲面四边形网格等杆长划分算法

自由曲面在建筑上的应用日益广泛,研究自由曲面的网格划分有着重要意义.以保证杆件长度完全相等为准则,基于NURBS提出了一种适用于大多数自由曲面的四边形网格划分算法,介绍了算法的基本流程和要点.本算法采用二分法进行数值计算,思路简单、效率良好,能够快速地对自由曲面进行网格划分.结合实例可以看到,本算法生成的网格杆件长度相等,同时能保证网格形状的相对规整,对坡度较陡的自由曲面和不规则边界有着良好的适应性.     

逆向工程在工程机械领域的应用与研究

将逆向工程引入工程机械行业,能够有效提高企业的市场竞争力和工业设计创新力.在研究逆向工程定义及其主要应用模式的基础上,以某发动机缸盖为研究对象,采用非接触式测量方法获取其点云数据,利用点云去噪、多视拼合、孔洞修补等数据预处理技术,以及数据分块技术、STL文件生成及优化技术获取质量较高的三角面片模型,采用以NURBS(非均匀有理B样条曲线)曲面为基础的矩形参数曲面拟合方法获得产品的NURBS曲面模型.研究表明逆向工程技术在工程机械领域中的应用是必要的和可行的.     

数值模拟在幕墙工程造型设计的应用

阐述幕墙工程造型设计的数值模拟方法,采用分段三次参数样条曲线,保持连接点光滑连接,描写空间曲线,再由离散的曲线拟合空间不规则的曲面,将拟合曲面分成小单元板块,计算曲率中心和板块尺寸,建立数据库,最后给出应用实例。     

球面网壳结构的平面四边形网格划分

针对球面网壳四边形网格划分中四个角点不易处于同一平面的问题,从三点确定一个平面的最基本几何原理出发,提出一种平面四边形网格作图方法,得到的四边形网格不仅处于同一平面而且杆件长度均一致.通过改进四边形网格的划分方法,得到的平面四边形网格与球面的偏差更小.力学性能分析表明,减小四边形网格网壳节点到球面的偏离距离能提高球面网壳结构的承载力.最后将改进四边形网格划分法与国外采用的表面平移法进行比较,发现改进四边形网格划分法不仅能减少节点偏离距离而且能扩大网格划分的曲面范围.     

基于B样条曲线的自由曲面索支撑空间网格结构多目标形态优化

对自由曲面索支撑空间网格结构进行多目标形态优化研究。首先根据索支撑空间网格结构的建模方法,将优化结构整个曲面转化为优化结构的准线和母线。其次为保证优化后的自由曲面光顺,引进B样条曲线建立曲面,并将B样条曲线已知点作为优化变量。出于不同结构设计需要,选用力学指标和几何指标、或力学指标和经济指标、或不同性能力学指标组合作为多优化目标进行结构优化。得到结论如下:首先,采用本优化方法,优化前后曲面形状变化不大,适用于对给定初始曲面结构进行形态优化。其次,以应变能和用钢量为优化目标,属于融合了截面优化和形态优化的多目标优化,其对于索支撑空间网格结构效果较好,具有较高的工程实用价值。最后,以应变能和杆件长度均方差为优化目标,所得优化结果对杆长均方差和应变能加权系数变化不敏感,可满足杆长均匀性和结构力学要求。     

膜结构分析中的曲面模拟

本文给出了膜结构曲面模拟的两种方法,通过对找形得到的散乱节点进行分片插值,可得到整体C0连续和C1连续的光滑曲面,适用于任意多边形区域.两种插值方法均能给出膜曲面的满意表现.C1插值曲面的误差远小于C0插值曲面.对两种插值方法,模拟曲面的误差均随着初始网格尺度与平面总尺寸的比值减小而下降,在初始网格尺度与平面总尺寸的比值小于1/8之后,拟合曲面的精度变化随该比值的下降变化值逐渐不明显.     

膜结构裁剪分析

裁剪分析是膜结构设计过程中的关键，为此，本文提出一种有效的方法——动态规划法，把空间任意曲面近似展成平面。即基于动态规划的基本思想，把空间任意曲面划分成有限个相邻的条块（称之为条元），依次耦联计算出每一条元的展开形状，便可得到整个曲面的展开图。最后给出两个算例     

基于有限元的高层建筑基坑支护稳定性分析

在高层建筑基坑支护中,常用的分析方法没有考虑基坑支护参量变化情况,影响分析结果。文中根据有限元网格划分原理,提出基坑支护稳定性分析方法,构建基坑支护稳定性分析的有限元模型,获取土体失稳破坏的滑动面剪应力;分析剪应力与应变张量关系,构建有限元方程;不考虑条间力作用,计算稳定性系数,分析基坑支护稳定性。试验结果表明,该方法滑裂面拟合曲线与实际曲线一致,能够获取精准分析结果。     

某大跨度异形曲面网壳结构建模与静力分析

某大跨度空间网壳结构是三个壳体相连的空间曲面双层网壳,由一个直径140m、两个直径80m的空间曲线旋转相交而成,网壳上弦为六边形网格,下弦为三角形和六边形网格,屋面材料为ETFE气枕,建筑造型独特,空间受力复杂。为实现建筑创意,提出了基于六边形蜂窝异形曲面网壳结构的三维建模方法,通过风洞试验,确定了结构风荷载取值;采用3D3S,SAP2000和ANSYS等多种程序,对网壳结构进行了静力分析,解决了大跨度异形曲面网壳结构的建模及计算分析难题。