【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑学，具体涉及一种多层球面空间网格结构体系的建模方法。
技术介绍
1、随着技术的进步和节约意识的提高，在结构设计领域中造型优美、受力合理、绿色环保的钢结构建筑得到了迅猛的发展。空间网格结构具有跨度大、自重轻、灵活性强、强度高和施工复杂等特点，这些特点使得空间结构在建筑和工程设计中能够创造出开放、宽敞的内部空间，并提供稳定、高效的解决方案。
2、球面空间网格结构是一种常用的空间网格结构类型，许多设计软件和工具都可以提供球面空间网格结构的便捷生成方式。但是，传统软件生成的球面空间网格结构的网格划分不均匀，具体表现为中心区域网格往往径向长环向短、周边区域网格往往径向短环向长。在使用传统软件生成球面空间网格结构后，为使各区域的网格尺寸均匀且长宽比趋向于1，常常需要手动调整网格节点的位置、合并拆分网格。这大大影响了网格生成的质量和效率，并进一步限制了球面空间网格结构的适用。目前并没有适用于生成均匀化网格的球面空间网格结构生成工具。
技术实现思路
1、本专利技术主要解决现有技术中存在的不足，提供了一种多层球面空间网格结构体系的建模方法，其具有网格全自动生成、网格均一性好、杆长趋于一致和无需后续编辑的特点。将各弦层和各腹层杆件划分在不同图层，节约生成调整网格的工作量，兼顾了网格划分美观和对称性，并有利于加工和生产。
2、本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
3、一种多层球面空间网格结构体系的建模方法，包括如下操作步骤：p>
4、第一步：设置球面空间网格结构的模型控制参数，用于控制球心位置(x0，y0，z0)和球体半径(r)，球心位置为x0，y0和z0进行坐标数值。
5、第二步：通过球心位置和球体半径，可以列出球面方程：
6、(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2＝r2。
7、第三步：设置需生成的空间网格结构的跨度(l)、弦层厚度序列(d1、d2、d3···)、杆长的目标值(s)，杆长的目标值即希望生成的理想杆件长度，同时作为网格尺寸调整的目标值。
8、第四步：初始化径向网格划分的段数(n1)＝1，根据径向网格划分的段数(n1)、步骤2生成的球面方程、步骤3输入的跨度，通过下述公式计算径向杆件的长度代表值(l1)：
9、
10、第五步：通过下式计算杆件的长度代表值(l1)与第三步输入的杆长目标值的差值(δ1)，开始迭代径向网格划分的段数(n1)，每次迭代径向网格划分的段数(n1)增加1，直至寻找出最小δ1对应的径向网格划分的段数(n1)：
11、δ1＝|l1-s|。
12、第六步：初始化环向第一环网格划分的段数(n2)＝4，根据环向第一环网格划分的段数(n2)、第五步得到的最佳径向网格划分的段数(n1)、步骤2生成的球面方程、第三步输入的跨度，通过下述公式计算环向第一环杆件的长度代表值(l2)，环向第一环网格划分的段数(n2)初始化为4，保证生成的网格沿x轴和y轴均对称：
13、
14、第七步：通过下式计算杆件的长度代表值(l2)与第三步输入的杆长目标值的差值(δ2)，开始迭代环向第一环网格网格划分的段数(n2)：
15、δ2＝|l2-s|。
16、第八步：由环向第一环网格划分的段数(n2)，根据3种形式向外拓展网格；
17、第九步：根据第八步的三种分裂形式由本环序号(ni)、上一环的环向网格划分的段数(nil)，得到本环的环向杆件的长度代表值(li)的三个计算公式：
18、
19、
20、
21、第十步：通过下式计算杆件的长度代表值(li)与步骤3输入的杆长目标值的差值(δi)，优选最小δi对应网格分裂形式：
22、δi＝|li-s|。
23、第十一步：重复第八步至第十步，持续向外拓展网格，直至ni＝n1，得到球面空间网格结构弦层1(见图2)的完整网格。
24、第十二步：根据弦层1网格的节点坐标(x1、y1、z1)、第一步中输入的球心位置(x0，y0，z0)和球体半径(r)、第三步中输入的弦层厚度序列(d1、d2、d3···)，计算弦层n对应的网格节点坐标(xn、yn、zn)：
25、
26、
27、
28、第十三步：由第十二步得到的各弦层网格节点及各弦层网格节点的对应关系，生成腹层竖杆、腹层环向杆件、腹层径向杆件。
29、第十四步：将每一弦层杆件(弦层1、弦层2、···弦层n···)、每一腹层竖杆、每一腹层环向杆件、每一腹层径向杆件自动划分在不同图层。
30、第十五步：自动对各杆件的方位进行调整，使杆件的1轴与2轴组成的平面过球心，最后将结果输出为图形或模型文件。
31、作为优选，输入的跨度应小于球体的半径，如若输入的跨度大于球体的半径，将导致方程无解。
32、作为优选，输入的杆长目标值即理想的杆长，通过将生成网格杆长和目标杆长对比，判断网格划分的大小和均匀性。
33、作为优选，三种形式向外拓展网格，对应的杆件分裂形式为不分裂、“1分2”和“2分3”，在不分裂形式下，本环环向杆件数与上一环环向杆件数相同，节点部位杆件呈现“十”字型。在“1分2”形式下，本环环向杆件数是上一环环向杆件数的2倍，上一环的每一节点均与本环3个节点相连，在展开图上呈现“木”型分叉。在“2分3”形式下，本环环向杆件数是上一环环向杆件数的1.5倍，上一环的一半节点与本环两个节点相连，在展开图上呈现“大”型分叉；另一半节点与本环1个节点相连，在展开图上呈现“十”型分叉。
34、作为优选，为保证迭代后生成的网格仍沿x轴和y轴对称，每次迭代环向第一环网格划分的段数(n2)增加4，直至寻找出最小δ2对应的环向第一环网格划分的段数(n2)。
35、作为优选，腹层竖杆由上层网格节点和下层网格对应节点连接而成；腹层环向杆件由上层网格节点和下层网格同一环相邻节点连接而成；腹层径向杆件由上层网格节点和下层网格外一环同一径向节点连接而成。
36、本专利技术能够达到如下效果：
37、本专利技术提供了一种多层球面空间网格结构体系的建模方法，与现有技术相比较，具有网格全自动生成、网格均一性好、杆长趋于一致和无需后续编辑的特点。将各弦层和各腹层杆件划分在不同图层，节约生成调整网格的工作量，兼顾了网格划分美观和对称性，并有利于加工和生产。
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1.一种多层球面空间网格结构体系的建模方法，其特征在于包括如下操作步骤：
2.根据权利要求1所述的多层球面空间网格结构体系的建模方法，其特征在于：输入的跨度应小于球体的半径，如若输入的跨度大于球体的半径，将导致方程无解。
3.根据权利要求1或2所述的多层球面空间网格结构体系的建模方法，其特征在于：输入的杆长目标值即理想的杆长，通过将生成网格杆长和目标杆长对比，判断网格划分的大小和均匀性。
4.根据权利要求1所述的多层球面空间网格结构体系的建模方法，其特征在于：三种形式向外拓展网格，对应的杆件分裂形式为不分裂、“1分2”和“2分3”，在不分裂形式下，本环环向杆件数与上一环环向杆件数相同，节点部位杆件呈现“十”字型。在“1分2”形式下，本环环向杆件数是上一环环向杆件数的2倍，上一环的每一节点均与本环3个节点相连，在展开图上呈现“木”型分叉。在“2分3”形式下，本环环向杆件数是上一环环向杆件数的1.5倍，上一环的一半节点与本环两个节点相连，在展开图上呈现“大”型分叉；另一半节点与本环1个节点相连，在展开图上呈现“十”型分叉。
5.根据权利
6.根据权利要求1所述的多层球面空间网格结构体系的建模方法，其特征在于：腹层竖杆由上层网格节点和下层网格对应节点连接而成；腹层环向杆件由上层网格节点和下层网格同一环相邻节点连接而成；腹层径向杆件由上层网格节点和下层网格外一环同一径向节点连接而成。
...【技术特征摘要】
1.一种多层球面空间网格结构体系的建模方法，其特征在于包括如下操作步骤：
2.根据权利要求1所述的多层球面空间网格结构体系的建模方法，其特征在于：输入的跨度应小于球体的半径，如若输入的跨度大于球体的半径，将导致方程无解。
3.根据权利要求1或2所述的多层球面空间网格结构体系的建模方法，其特征在于：输入的杆长目标值即理想的杆长，通过将生成网格杆长和目标杆长对比，判断网格划分的大小和均匀性。
4.根据权利要求1所述的多层球面空间网格结构体系的建模方法，其特征在于：三种形式向外拓展网格，对应的杆件分裂形式为不分裂、“1分2”和“2分3”，在不分裂形式下，本环环向杆件数与上一环环向杆件数相同，节点部位杆件呈现“十”字型。在“1分2”形式下，本环环向杆件数是上一环环向杆件数的2倍...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟刚，周观根，陈庆剑，俞春杰，钱伟江，陶志山，
申请(专利权)人：浙江东南网架股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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