【技术实现步骤摘要】
一种基于光线追踪的桥梁结构日照阴影快速识别方法
[0001]本专利技术属于桥梁结构仿真分析的
,具体涉及一种基于光线追踪的桥梁结构日照阴影快速识别方法。
技术介绍
[0002]在日照作用下,任何暴露在露天环境中的物体会逐渐升温,且物体向阳面的温度会显著高于背阳面,即在太阳辐射下物体内部存在非均匀温度场。针对桥梁结构而言,非均匀温度场会使其产生变形、应力等温度效应,且温度效应在桥梁结构设计荷载中占有很大比重,研究桥梁结构的非均匀温度场与温度效应主要通过有限元仿真的方式。
[0003]大型桥梁结构形式复杂,桥梁向阳面的部分区域可能会被自身部件或环境地形遮挡产生阴影,导致局部温度降低,进一步影响温度场的非均匀性,并且桥梁的阴影区域还与时间、桥梁方位角、桥址经纬度等多种因素相关。因此,实现桥梁结构的日照温度场精确仿真需要动态识别桥梁结构的日照阴影区域。
[0004]目前在桥梁结构日照温度场仿真分析中常用的阴影识别方法有两种,分别是叉积判断法与辐射矩阵法,前者通过三维空间中两向量的叉积运算实现光线碰撞检测,进而识别日照阴影区域,由于空间向量叉积涉及三个分量的乘法与减法运算,在模型单元数量较多时计算效率低,并且纯向量运算会导致算法优化难度高、灵活性差;后者是通过“半立方体”投影等效原理,近似计算多个相互辐射的平面构成的角系数矩阵实现遮挡与可见性的判断,由于采用了近似算法,导致此方法对结构复杂的桥梁阴影识别精度差。
[0005]光线追踪是一种能够处理三维模型空间深度信息的计算方法,是计算机图形学的核心 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于光线追踪的桥梁结构日照阴影快速识别方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、根据地理纬度、太阳赤纬角和太阳时角,计算日出至日落各时刻的太阳位置参数;S2、采用有限元软件读取桥梁结构所有表面单元的空间位置数据;S3、根据所述太阳位置参数和所述桥梁结构所有表面单元的空间位置数据之间的几何关系,初步筛选得到桥梁结构中处于向阳面的表面单元;S4、将初步筛选得到桥梁结构中处于向阳面的表面单元存入待识别日照单元数组;S5、计算所述待识别日照单元数组中的空间深度信息,识别并筛选出桥梁结构向阳面上被自身部件遮挡的表面单元,即阴影单元;S6、将桥梁结构进行空间分割得到桥梁结构的区块结构,并对不同区块结构间进行并行光线追踪,得到阴影单元数组文件;S7、采用有限元软件读取所述阴影单元数组文件,根据阴影单元数组文件中的单元编号,识别并得到桥梁结构中的日照阴影区域。2.根据权利要求1所述的基于光线追踪的桥梁结构日照阴影快速识别方法,其特征在于,所述步骤S1中计算日出至日落各时刻的太阳位置参数,包括:于,所述步骤S1中计算日出至日落各时刻的太阳位置参数,包括:其中,h
s
为太阳高度角;γ
s
为太阳方位角;为地理纬度;δ为太阳赤纬角;ω为太阳时角。3.根据权利要求1所述的基于光线追踪的桥梁结构日照阴影快速识别方法,其特征在于:所述步骤S2中的所述桥梁结构所有表面单元的空间位置数据,包括表面单元编号E、单元质心坐标Q(x,y,z)和单元法向量4.根据权利要求3所述的基于光线追踪的桥梁结构日照阴影快速识别方法,其特征在于,所述步骤S3包括:计算桥梁结构中所有表面单元的空间位置数据与太阳位置参数之间的几何关系:计算桥梁结构中所有表面单元的空间位置数据与太阳位置参数之间的几何关系:其中,θ为表面单元的太阳光线入射角;cosS
x
、cosS
y
、cosS
z
分别为太阳向量与x、y、z坐标轴夹角的余弦值;cosN
x
、cosN
y
、cosN
z
分别为单元法向量与x、y、z坐标轴夹角的余弦值;当0<cosθ<1时,则表面单元处于向阳面,该表面单元为待识别日照单元;反之,表面单元则处于背阳面,该表面单元为阴影单元。5.根据权利要求4所述的基于光线追踪的桥梁结构日照阴影快速识别方法,其特征在
于...
【专利技术属性】
技术研发人员:林晓宇,王斌,古松,顾颖,刘庭勇,李昊明,王祥臣,蒋广,余思雨,宋静瑜,张崧,郑其运,王怡萍,陈娇娇,
申请(专利权)人:四川川正工程检测有限公司,
类型:发明
国别省市:
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