CN103939783B - 一种基于张拉整体原理的悬浮柱状发光体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于张拉整体原理的悬浮柱状发光体系，目前尚无外形为悬浮柱状的发光体系；本发明中的悬浮柱状发光体系由若干基本单元竖向叠加组合而成，每个基本单元包含<i>n</i>（<i>n</i>不小于3）根发光管和3<i>n</i>~7<i>n</i>根拉索，发光管为离散布置，相互之间无直接联系与接触，拉索为连续布置，相互连接形成一个闭合的网络，拉索可直接作为导线或者作为导线的支承；所有发光管存在一定的预压力，所有拉索存在一定的预拉力，拉索的预拉力和发光管的预压力相互平衡；发光管可以是任意形状的、通电后可以发光或者自身可以发光的物体，所有发光管犹如悬浮在空中，并整体呈圆柱状分布。本发明可用于建筑、雕塑、装饰、灯具等领域。

Description

一种基于张拉整体原理的悬浮柱状发光体系

技术领域

本发明涉及一种基于张拉整体原理的悬浮柱状发光体系，尤其涉及一种由离散布置的发光管和连续布置的导线组成的柱状发光体系。

背景技术

张拉整体是由连续的受拉单元和间断的受压单元所组成的自平衡体系。张拉整体是张力海洋中压力的孤岛，即受压单元总是被受拉单元所包围。该类体系的刚度由预应力提供，且系统内部的预应力自我相互平衡，一旦预应力丧失，体系将不再成立。张拉整体体系具有质量轻、造型优美等优点，受到了学术及工程界的广泛关注。

传统上，张拉整体一直被视为一种结构体系，其应用领域或潜在的应用领域主要集中在结构工程界，例如作为大跨度屋盖结构的索穹顶、悬支穹顶、张弦桁架等新型结构体系均基于一定的张拉整体思想。此外，航空航天领域利用张拉整体的原理提出了可展结构、自适应结构等新型结构体系；机械领域的学者提出了基于张拉整体的可动机器人的设想。目前尚无基于张拉整体原理的柱状发光体系。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于张拉整体原理的悬浮柱状发光体系。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于张拉整体原理的悬浮柱状发光体系，所述柱状发光体系由若干基本模块通过一定的规则竖向组合而成，且所有节点位于同一外接圆柱面上。整个柱状发光体系的具体组成由以下参数唯一确定：对应的外接圆柱的半径r、层数(即基本模块数)m、单个基本模块包含的发光管数量n、单个基本模块的高度h、层间重叠率μ以及层间扭转角

进一步地，当层数m＝1时，整个柱状发光体系由单个独立模块组成，该独立模块包括2n个节点、n根发光管和3n根拉索；当层数m＝2时，整个柱状发光体系由2个端模块组成，当层数m≥3时，整个柱状发光体系由位于两端的2个端模块和位于中间的m-2个中间模块组成，每个端模块包括3n个节点、n根发光管和5n根拉索，每个中间模块包括4n个节点、n根发光管和7n根拉索。

进一步地，当层数m＝1时，所述独立模块的2n个节点分为两组，每组n个节点，其中，底部的n个节点为一组，编号分别为A₁、A₂、…、A_n；顶部的n个节点为一组，编号分别为B₁、B₂、…、B_n。节点A_i和节点B_i之间连接发光管A_iB_i，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点A_i和节点A_i+1的拉索、连接节点A_n和节点A₁的拉索、连接节点B_i和节点B_i+1的拉索、连接节点B_n和节点B₁的拉索称为水平索，其中下标i＝2、3、…、n-1；连接节点A_i和节点B_i-1的拉索以及连接节点A₁和节点B_n的拉索称为竖索，其中下标i＝2、3、…、n；顶面正n边形与底面正n边形的相对扭转角满足如下方程：

进一步地，当层数m≥2时，所述端部模块的3n个节点分为三组，每组n个节点，其中，底部的n个节点为一组，编号分别为A₁、A₂、…、A_n；顶部的与发光管相连的n个节点为一组，编号分别为B₁、B₂、…、B_n；顶部的其他n个节点为一组，编号分别为C₁、C₂、…、C_n。节点A_i和节点B_i之间连接发光管A_iB_i，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点A_i和节点A_i+1的拉索以及连接节点A_n和节点A₁的拉索称为水平索，其中下标i＝1、2、…、n-1；连接节点B_i和节点C_i的拉索称为鞍索，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点C_i和节点B_i+1的拉索以及连接节点C_n和节点B₁的拉索也称为鞍索，其中下标i＝2、3、…、n-1；连接节点A_i和节点B_i-1的拉索以及连接节点A₁和节点B_n的拉索称为竖索，其中下标i＝2、3、…、n；连接节点A_i和节点C_i-1的拉索以及连接节点A₁和节点C_n的拉索称为斜索，其中下标i＝2、3、…、n；端部模块的几何参数之间满足如下关系：

μ²(sinθ₀+sinθ)+μ(1-sinθ₀+2sinθ₀sinθ-2sinθ)-2sinθ₀sinθ+2sinθ＝0。

其中， ${\mathrm{\&theta;}}_0=\frac{\mathrm{\&pi;}}{n}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$

进一步地，当层数m≥3时，所述中间模块的4n个节点分为四组，每组n个节点，其中，底部的与发光管相连的n个节点为一组，编号分别为C₁’、C₂’、…、C_n’；底部的其他n个节点为一组，编号分别为B₁’、B₂’、…、B_n’；顶部的与发光管相连的n个节点为一组，编号分别为C₁”、C₂”、…、C_n”；顶部的其他n个节点为一组，编号分别为B₁”、B₂”、…、B_n”。节点C_i’和节点C_i”之间连接发光管C_i’C_i”，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点C_i’和节点B_i’的拉索和连接节点C_i”和节点B_i”的拉索称为鞍索，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点B_i’和节点C_i+1’的拉索、连接节点B_n’和节点C₁’的拉索、连接节点B_i”和节点C_i+1”的拉索以及连接节点B_n”和节点C₁”的拉索也称为鞍索，其中下标i＝2、3、…、n-1；连接节点C_i’和节点C_i-1”的拉索以及连接节点C₁’和节点C_n”的拉索称为竖索，其中下标i＝2、3、…、n；连接节点B_i’和节点C_i”的拉索称为斜索，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点C_i’和节点B_i-1”的拉索、连接节点C₁’和节点B_n”的拉索也称为斜索，其中下标i＝2、3、…、n；中间模块的几何参数之间满足如下关系：

μ²(sinθ₀+sinθ)+μ(1-sinθ₀+sinθ₀sinθ-sinθ)-sinθ₀sinθ+sinθ＝0。

其中， ${\mathrm{\&theta;}}_0=\frac{\mathrm{\&pi;}}{n}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}$ 和

进一步地，当层数m＝2时，2个端模块通过如下方式组合在一起：将第一层的模块和第二层的模块分别表示为①号端模块和②号端模块，①号端模块的节点B_1,i与②号端模块的节点C_2,n-i+1重合，合并为层间节点P_1,i，②号端模块的节点B_2,i与①号端模块的节点C_1,n-i+1重合，合并为层间节点Q_1,i，相应地，①号端模块的2n根鞍索和②号端模块的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点P_1,i和Q_1,i之间的2n根新的鞍索。

进一步地，当层数m≥3时，m个基本模块通过如下方式组合在一起：自下而上将m个基本模块依次分别表示为①号模块、②号模块、…、m号模块，其中，①号模块和m号模块为端模块，②号模块至m-1号模块为中间模块；①号模块的节点B_1,i与②号模块的节点C_2,n-i+1’重合，合并为层间节点P_1,i，②号模块的节点B_2,i’与①号模块的节点C_1,n-i+1重合，合并为层间节点Q_1,i，相应地，①号模块节点B_1,i和节点C_1,i之间的2n根鞍索和②号模块节点B_2,i’和节点C_2,i’之间的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点P_1,i和Q_1,i之间的2n根新的鞍索，其中下标i＝1、2、…、n；j号模块的节点B_j,i”与j+1号模块的节点C_j+1,n-i+1’重合，合并为层间节点P_j,i，j+1号模块的节点B_j+1,i’与j号模块的节点C_j,n-i+1”重合，合并为层间节点Q_j,i，相应地，j号模块节点B_j,i”和节点C_j,i”之间的2n根鞍索和j+1号模块节点B_j+1,i’和节点C_j+1,i’之间的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点P_j,i和Q_j,i之间的2n根新的鞍索，其中下标i＝1、2、…、n，j＝2、3、…、m-2；m-1号模块的节点B_m-1,i”与m号模块的节点C_m,n-i+1重合，合并为层间节点P_m-1,i，m号模块的节点B_m,i与m-1号模块的节点C_m-1,n-i+1”重合，合并为层间节点Q_m-1,i，相应地，m-1号模块节点B_m-1,i”和节点C_m-1,i”之间的2n根鞍索和m号模块节点B_m,i和节点C_m,i之间的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点P_m-1,i和Q_m-1,i之间的2n根新的鞍索，其中下标i＝1、2、…、n。

进一步地，所述悬浮发光体系中所有发光管的长度相等，所有水平索的长度相等，所有竖索的长度相等，所有斜索的长度相等，所有鞍索的长度相等。

进一步地，所述发光管可以是任意形状的、通电后可以发光或者自身可以发光的物体，所述拉索可以直接作为导线或者作为导线的支承。

本发明的有益效果是，发光管是离散的，拉索是连续的，发光管犹如悬浮在由拉索包围的柱状空间当中，达到与众不同的视觉效果。

附图说明

图1为本发明中当n＝3时单层(m＝1)悬浮柱状发光体系的示意图，其中(a)图为透视图，(b)图为俯视图，图中粗线表示发光管，细线表示拉索；

图2为本发明中当n＝3时端部模块的示意图，其中(a)图为透视图，(b)图为俯视图，图中粗线表示发光管，细线表示拉索；

图3为本发明中当n＝3时中间模块的示意图，其中(a)图为透视图，(b)图为俯视图，图中粗线表示发光管，细线表示拉索；

图4为本发明中当n＝3时双层(m＝2)悬浮柱状发光体系的示意图，其中(a)图为各基本模块的分解图，(b)图为各基本模块组合后的整体图，图中粗线表示发光管，细线表示拉索；

图5为本发明中当n＝3时多层(m≥3)悬浮柱状发光体系的示意图，其中(a)图为各基本模块的分解图，(b)图为各基本模块组合后的整体图，图中粗线表示发光管，细线表示拉索。

具体实施方式

1、当层数m＝1时，整个柱状发光体系由单个独立模块组成，该独立模块包括2n个节点、n根发光管和3n根拉索；底部的n个节点编号分别为A₁、A₂、…、A_n；顶部的n个节点编号分别为B₁、B₂、…、B_n；节点A_i和节点B_i之间连接发光管A_iB_i，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点A_i和节点A_i+1的拉索、连接节点A_n和节点A₁的拉索、连接节点B_i和节点B_i+1的拉索以及连接节点B_n和节点B₁的拉索称为水平索，其中下标i＝2、3、…、n-1；连接节点A_i和节点B_i-1的拉索以及连接节点A₁和节点B_n的拉索称为竖索，其中下标i＝2、3、…、n。以n＝3的单层柱状发光体系为例，如图1所示，底部的3个节点编号分别为A₁、A₂和A₃，顶部的3个节点编号分别为B₁、B₂和B₃；节点A₁和节点B₁之间连接发光管A₁B₁，节点A₂和节点B₂之间连接发光管A₂B₂，以及节点A₃和节点B₃之间连接发光管A₃B₃；节点A₁和节点A₂之间连接水平索A₁A₂，节点A₂和节点A₃之间连接水平索A₂A₃，节点A₃和节点A₁之间连接水平索A₃A₁，节点B₁和节点B₂之间连接水平索B₁B₂，节点B₂和节点B₃之间连接水平索B₂B₃，以及节点B₃和节点B₁之间连接水平索B₃B₁；节点A₂和节点B₁之间连接竖索A₂B₁，连节点A₃和节点B₂之间连接竖索A₃B₂，以及节点A₁和节点B₃之间连接竖索A₁B₃；顶面正3角形与底面正3角形的相对扭转角

2、所述端部模块底部的n个节点编号分别为A₁、A₂、…、A_n；顶部的与发光管相连的n个节点编号分别为B₁、B₂、…、B_n；顶部的其他n个节点编号分别为C₁、C₂、…、C_n。节点A_i和节点B_i之间连接发光管A_iB_i，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点A_i和节点A_i+1的拉索以及连接节点A_n和节点A₁的拉索称为水平索，其中下标i＝1、2、…、n-1；连接节点B_i和节点C_i的拉索称为鞍索，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点C_i和节点B_i+1的拉索以及连接节点C_n和节点B₁的拉索也称为鞍索，其中下标i＝2、3、…、n-1；连接节点A_i和节点B_i-1的拉索以及连接节点A₁和节点B_n的拉索称为竖索，其中下标i＝2、3、…、n；连接节点A_i和节点C_i-1的拉索以及连接节点A₁和节点C_n的拉索称为斜索，其中下标i＝2、3、…、n；端部模块的几何参数之间满足如下关系：

μ²(sinθ₀+sinθ)+μ(1-sinθ₀+2sinθ₀sinθ-2sinθ)-2sinθ₀sinθ+2sinθ＝0。

其中， 以n＝3的端部模块为例，如图2所示，底部的3个节点编号分别为A₁、A₂和A₃；顶部的与发光管相连的3个节点编号分别为B₁、B₂和B₃；顶部的其他3个节点编号分别为C₁、C₂和C₃。节点A₁和节点B₁之间连接发光管A₁B₁，节点A₂和节点B₂之间连接发光管A₂B₂，节点A₃和节点B₃之间连接发光管A₃B₃；节点A₁和节点A₂之间连接水平索A₁A₂，节点A₂和节点A₃之间连接水平索A₂A₃，以及节点A₃和节点A₁之间连接水平索A₃A₁；节点B₁和节点C₁之间连接鞍索B₁C₁，节点B₂和节点C₂之间连接鞍索B₂C₂，节点B₃和节点C₃之间连接鞍索B₃C₃，节点C₁和节点B₂之间连接鞍索C₁B₂，节点C₂和节点B₃之间连接鞍索C₂B₃，节点C₃和节点B₁之间连接鞍索C₃B₁；节点A₂和节点B₁之间连接竖索A₂B₁，节点A₃和节点B₂之间连接竖索A₃B₂，节点A₁和节点B₃之间连接竖索A₁B₃；节点A₂和节点C₁之间连接斜索A₂C₁，节点A₃和节点C₂之间连接斜索A₃C₂，节点A₁和节点C₃之间连接斜索A₁C₃；该端部模块的几何参数之间满足如下关系：

3、所述中间模块底部与发光管相连的n个节点编号分别为C₁’、C₂’、…、C_n’；底部的其他n个节点编号分别为B₁’、B₂’、…、B_n’；顶部的与发光管相连的n个节点编号分别为C₁”、C₂”、…、C_n”；顶部的其他n个节点编号分别为B₁”、B₂”、…、B_n”。节点C_i’和节点C_i”之间连接发光管C_i’C_i”，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点C_i’和节点B_i’的拉索和连接节点C_i”和节点B_i”的拉索称为鞍索，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点B_i’和节点C_i+1’的拉索、连接节点B_n’和节点C₁’的拉索、连接节点B_i”和节点C_i+1”的拉索以及连接节点B_n”和节点C₁”的拉索也称为鞍索，其中下标i＝2、3、…、n-1；连接节点C_i’和节点C_i-1”的拉索以及连接节点C₁’和节点C_n”的拉索称为竖索，其中下标i＝2、3、…、n；连接节点B_i’和节点C_i”的拉索称为斜索，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点C_i’和节点B_i-1”的拉索、连接节点C₁’和节点B_n”的拉索也称为斜索，其中下标i＝2、3、…、n；中间模块的几何参数之间满足如下关系：

μ²(sinθ₀+sinθ)+μ(1-sinθ₀+sinθ₀sinθ-sinθ)-sinθ₀sinθ+sinθ＝0。

其中， ${\mathrm{\&theta;}}_0=\frac{\mathrm{\&pi;}}{n}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}$ 和

以n＝3的中间模块为例，如图3所示，底部与发光管相连的3个节点编号分别为C₁’、C₂’和C₃’；底部的其他3个节点编号分别为B₁’、B₂’和B₃’；顶部的与发光管相连的3个节点编号分别为C₁”、C₂”和C₃”；顶部的其他3个节点编号分别为B₁”、B₂”和B₃”。节点C₁’和节点C₁”之间连接发光管C₁’C₁”，节点C₂’和节点C₂”之间连接发光管C₂’C₂”，节点C₃’和节点C₃”之间连接发光管C₃’C₃”；节点C₁’和节点B₁’之间连接鞍索C₁’B₁’，节点C₂’和节点B₂’之间连接鞍索C₂’B₂’，节点C₃’和节点B₃’之间连接鞍索C₃’B₃’，节点C₁”和节点B₁”之间连接鞍索C₁”B₁”，节点C₂”和节点B₂”之间连接鞍索C₂”B₂”，节点C₃”和节点B₃”之间连接鞍索C₃”B₃”，节点B₁’和节点C₂’之间连接鞍索B₁’C₂’，节点B₂’和节点C₃’之间连接鞍索B₂’C₃’,节点B₃’和节点C₁’之间连接鞍索B₃’C₁’，节点B₁”和节点C₂”之间连接鞍索B₂”C₂”，节点B₂”和节点C₃”之间连接鞍索B₂”C₃”以及节点B₃”和节点C₁”之间连接鞍索B₃”C₁”；节点C₂’和节点C₁”之间连接竖索C₂’C₁”，节点C₃’和节点C₂”之间连接竖索C₃’C₂”以及节点C₁’和节点C₃”之间连接竖索C₁’C₃”；节点C₂’和节点B₁”之间连接斜索C₂’B₁”，节点C₃’和节点B₂”之间连接斜索C₃’B₂”，节点C₁’和节点B₃”之间连接斜索C₁’B₃”；该中间模块的几何参数之间满足如下关系：

4、当层数m＝2时，2个端模块通过如下方式组合在一起：将第一层的模块和第二层的模块分别表示为①号端模块和②号端模块，①号端模块的节点B_1,i与②号端模块的节点C_2,n-i+1重合，合并为层间节点P_1,i，②号端模块的节点B_2,i与①号端模块的节点C_1,n-i+1重合，合并为层间节点Q_1,i，相应地，①号端模块的2n根鞍索和②号端模块的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点P_1,i和Q_1,i之间的2n根新的鞍索。以n＝3的双层悬浮柱状发光体系为例，如图4所示，①号端模块的节点B_1,1与②号端模块的节点C_2,3重合，合并为层间节点P_1,1，①号端模块的节点B_1,2与②号端模块的节点C_2,2重合，合并为层间节点P_1,2，①号端模块的节点B_1,3与②号端模块的节点C_2,1重合，合并为层间节点P_1,3，②号端模块的节点B_2,1与①号端模块的节点C_1,3重合，合并为层间节点Q_1,1，②号端模块的节点B_2,2与①号端模块的节点C_1,2重合，合并为层间节点Q_1,2，②号端模块的节点B_2,3与①号端模块的节点C_1,1重合，合并为层间节点Q_1,3，相应地，①号端模块的鞍索B_1,1C_1,1和②号端模块的鞍索C_2,3B_2,3合并为连接层间节点P_1,1和Q_1,3的新的鞍索P_1,1Q_1,3，①号端模块的鞍索B_1,2C_1,2和②号端模块的鞍索C_2,2B_2,2合并为连接层间节点P_1,2和Q_1,2的新的鞍索P_1,2Q_1,2，①号端模块的鞍索B_1,3C_1,3和②号端模块的鞍索C_2,1B_2,1合并为连接层间节点P_1,3和Q_1,1的新的鞍索P_1,3Q_1,1，①号端模块的鞍索C_1,1B_1,2和②号端模块的鞍索B_2,3C_2,2合并为连接层间节点Q_1,3和P_1,2的新的鞍索Q_1,3P_1,2，①号端模块的鞍索C_1,2B_1,3和②号端模块的鞍索B_2,2C_2,1合并为连接层间节点Q_1,2和P_1,3的新的鞍索Q_1,2P_1,3，①号端模块的鞍索C_1,3B_1,1和②号端模块的鞍索B_2,1C_2,3合并为连接层间节点Q_1,1和P_1,1的新的鞍索Q_1,1P_1,1。

5、当层数m≥3时，m个基本模块通过如下方式组合在一起：自下而上将m个基本模块依次分别表示为①号模块、②号模块、…、m号模块，其中，①号模块和m号模块为端模块，②号模块至m-1号模块为中间模块；①号模块的节点B_1,i与②号模块的节点C_2,n-i+1’重合，合并为层间节点P_1,i，②号模块的节点B_2,i’与①号模块的节点C_1,n-i+1重合，合并为层间节点Q_1,i，相应地，①号模块节点B_1,i和节点C_1,i之间的2n根鞍索和②号模块节点B_2,i’和节点C_2,i’之间的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点P_1,i和Q_1,i之间的2n根新的鞍索，其中下标i＝1、2、…、n；j号模块的节点B_j,i”与j+1号模块的节点C_j+1,n-i+1’重合，合并为层间节点P_j,i，j+1号模块的节点B_j+1,i’与j号模块的节点C_j,n-i+1”重合，合并为层间节点Q_j,i，相应地，j号模块节点B_j,i”和节点C_j,i”之间的2n根鞍索和j+1号模块节点B_j+1,i’和节点C_j+1,i’之间的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点P_j,i和Q_j,i之间的2n根新的鞍索，其中下标i＝1、2、…、n，j＝2、3、…、m-2；m-1号模块的节点B_m-1,i”与m号模块的节点C_m,n-i+1重合，合并为层间节点P_m-1,i，m号模块的节点B_m,i与m-1号模块的节点C_m-1,n-i+1”重合，合并为层间节点Q_m-1,i，相应地，m-1号模块节点B_m-1,i”和节点C_m-1,i”之间的2n根鞍索和m号模块节点B_m,i和节点C_m,i之间的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点P_m-1,i和Q_m-1,i之间的2n根新的鞍索，其中下标i＝1、2、…、n。以n＝3的4层悬浮柱状发光体系为例，如图5所示，自下而上将4个基本模块依次分别表示为①号模块、②号模块、③号模块和④号模块，其中，①号模块和④号模块为端模块，②号模块和③号模块为中间模块；①号模块的节点B_1,1与②号模块的节点C_2,3’重合，合并为层间节点P_1,1，①号模块的节点B_1,2与②号模块的节点C_2,2’重合，合并为层间节点P_1,2，①号模块的节点B_1,3与②号模块的节点C_2,1’重合，合并为层间节点P_1,3，②号模块的节点B_2,1’与①号模块的节点C_1,3重合，合并为层间节点Q_1,1，②号模块的节点B_2,2’与①号模块的节点C_1,2重合，合并为层间节点Q_1,2，②号模块的节点B_2,3’与1号模块的节点C_1,1重合，合并为层间节点Q_1,3，相应地，①号模块的鞍索B_1,1C_1,1和②号模块的鞍索C_2,3’B_2,3’合并为连接层间节点P_1,1和Q_1,3的新的鞍索P_1,1Q_1,3，①号模块的鞍索B_1,2C_1,2和②号模块的鞍索C_2,2’B_2,2’合并为连接层间节点P_1,2和Q_1,2的新的鞍索P_1,2Q_1,2，①号模块的鞍索B_1,3C_1,3和②号模块的鞍索C_2,1’B_2,1’合并为连接层间节点P_1,3和Q_1,1的新的鞍索P_1,3Q_1,1，①号模块的鞍索C_1,1B_1,2和②号模块的鞍索B_2,3’C_2,2’合并为连接层间节点Q_1,3和P_1,3的新的鞍索Q_1,3P_1,2，①号模块的鞍索C_1,2B_1,3和②号模块的鞍索B_2,2’C_2,1’合并为连接层间节点Q_1,2和P_1,3的新的鞍索Q_1,2P_1,3，①号模块的鞍索C_1,3B_1,1和②号模块的鞍索B_2,1’C_2,3’合并为连接层间节点Q_1,1和P_1,1的新的鞍索Q_1,1P_1,1；

②号模块的节点B_2,1”与③号模块的节点C_3,3’重合，合并为层间节点P_2,1，②号模块的节点B_2,2”与③号模块的节点C_3,2’重合，合并为层间节点P_2,2，②号模块的节点B_2,3”与③号模块的节点C_3,1’重合，合并为层间节点P_2,3，③号模块的节点B_3,1’与②号模块的节点C_2,3”重合，合并为层间节点Q_2,1，③号模块的节点B_3,2’与②号模块的节点C_2,2”重合，合并为层间节点Q_2,2，③号模块的节点B_3,3’与②号模块的节点C_2,1”重合，合并为层间节点Q_2,3，相应地，②号模块的鞍索B_2,1”C_2,1”和③号模块的鞍索C_3,3’B_3,3’合并为连接层间节点P_2,1和Q2,3的新的鞍索P_2,1Q_2,3，②号模块的鞍索B_2,2”C_2,2”和③号模块的鞍索C_3,2’B_3,2’合并为连接层间节点P_2,2和Q_2,2的新的鞍索P_2,2Q_2,2，②号模块的鞍索B_2,3”C_2,3”和③号模块的鞍索C_3,1’B_3,1’合并为连接层间节点P_2,3和Q_2,1的新的鞍索P_2,3Q_2,1，②号模块的鞍索C_2,1”B_2,2”和③号模块的鞍索B_3,3’C_3,2’合并为连接层间节点Q_2,3和P_2,2的新的鞍索Q_2,3P_2,2，②号模块的鞍索C_2,2”B_2,3”和③号模块的鞍索B_3,2’C_3,1’合并为连接层间节点Q_2,2和P_2,3的新的鞍索Q_2,2P_2,3，②号模块的鞍索C_2,3”B_2,1”和③号模块的鞍索B_3,1’C_3,3’合并为连接层间节点Q_2,1和P_2,1的新的鞍索Q_2,1P_2,1；

③号模块的节点B_3,1”与④号模块的节点C_4,3重合，合并为层间节点P_3,1，③号模块的节点B_3,2”与④号模块的节点C_4,2重合，合并为层间节点P_3,2，③号模块的节点B_3,3”与④号模块的节点C_4,1重合，合并为层间节点P_3,3，④号模块的节点B_4,1与③号模块的节点C_3,3”重合，合并为层间节点Q_3,1，④号模块的节点B_4,2与③号模块的节点C_3,2”重合，合并为层间节点Q_3,2，④号模块的节点B_4,3与③号模块的节点C_3,1”重合，合并为层间节点Q_3,3，相应地，③号模块的鞍索B_3,1”C_3,1”和④号模块的鞍索C_4,3B_4,3合并为连接层间节点P_3,1和Q_3,3的新的鞍索P_3,1Q_3,3，③号模块的鞍索B_3,2”C_3,2”和④号模块的鞍索C_4,2B_4,2合并为连接层间节点P_3,2和Q_3,2的新的鞍索P_3,2Q_3,2，③号模块的鞍索B_3,3”C_3,3”和④号模块的鞍索C_4,1B_4,1合并为连接层间节点P_3,3和Q_3,1的新的鞍索P_3,3Q_3,1，③号模块的鞍索C_3,1”B_3,2”和④号模块的鞍索B_4,3C_4,2合并为连接层间节点Q_3,3和P_3,2的新的鞍索Q_3,3P_3,2，③号模块的鞍索C_3,2”B_3,3”和④号模块的鞍索B_4,2C_4,1合并为连接层间节点Q_3,2和P_3,3的新的鞍索Q_3,2P_3,3，③号模块的鞍索C_3,3”B_3,1”和④号模块的鞍索B_4,1C_4,3合并为连接层间节点Q_3,1和P_3,1的新的鞍索Q_3,1P_3,1。

Claims (11)

1.一种基于张拉整体原理的悬浮柱状发光体系，其特征在于，所述柱状发光体系由若干基本模块通过一定的规则竖向组合而成，且所有节点位于同一外接圆柱面上；整个柱状发光体系的具体组成由以下参数唯一确定：对应的外接圆柱的半径r、层数m、单个基本模块包含的发光管数量n、单个基本模块的高度h、相邻基本模块组合时的重叠率μ以及发光管上下节点的相对扭转角。

2.根据权利要求1所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，当层数m＝1时，整个柱状发光体系由单个独立模块组成，该独立模块包括2n个节点、n根发光管和3n根拉索；当层数m＝2时，整个柱状发光体系由2个端模块组成，当层数m≥3时，整个柱状发光体系由位于两端的2个端模块和位于中间的m-2个中间模块组成，每个端模块包括3n个节点、n根发光管和5n根拉索，每个中间模块包括4n个节点、n根发光管和7n根拉索。

3.根据权利要求2所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，当层数m＝1时，所述独立模块的2n个节点分为两组，每组n个节点，其中，底部的n个节点为一组，编号分别为A₁、A₂、…、A_n；顶部的n个节点为一组，编号分别为B₁、B₂、…、B_n；节点A_i和节点B_i之间连接发光管A_iB_i，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点A_i和节点A_i+1的拉索、连接节点A_n和节点A₁的拉索、连接节点B_i和节点B_i+1的拉索以及连接节点B_n和节点B₁的拉索称为水平索，其中下标i＝2、3、…、n-1；连接节点A_i和节点B_i-1的拉索以及连接节点A₁和节点B_n的拉索称为竖索，其中下标i＝2、3、…、n。

4.根据权利要求2所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，当层数m≥2时，所述端模块的3n个节点分为三组，每组n个节点，其中，底部的n个节点为一组，编号分别为A₁、A₂、…、A_n；顶部的与发光管相连的n个节点为一组，编号分别为B₁、B₂、…、B_n；顶部的其他n个节点为一组，编号分别为C₁、C₂、…、C_n；节点A_i和节点B_i之间连接发光管A_iB_i，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点A_i和节点A_i+1的拉索以及连接节点A_n和节点A₁的拉索称为水平索，其中下标i＝1、2、…、n-1；连接节点B_i和节点C_i的拉索称为鞍索，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点C_i和节点B_i+1的拉索以及连接节点C_n和节点B₁的拉索也称为鞍索，其中下标i＝2、3、…、n-1；连接节点A_i和节点B_i-1的拉索以及连接节点A₁和节点B_n的拉索称为竖索，其中下标i＝2、3、…、n；连接节点A_i和节点C_i-1的拉索以及连接节点A₁和节点C_n的拉索称为斜索，其中下标i＝2、3、…、n。

5.根据权利要求2所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，当层数m≥3时，所述中间模块的4n个节点分为四组，每组n个节点，其中，底部的与发光管相连的n个节点为一组，编号分别为C₁’、C₂’、…、C_n’；底部的其他n个节点为一组，编号分别为B₁’、B₂’、…、B_n’；顶部的与发光管相连的n个节点为一组，编号分别为C₁”、C₂”、…、C_n”；顶部的其他n个节点为一组，编号分别为B₁”、B₂”、…、B_n”；节点C_i’和节点C_i”之间连接发光管C_i’C_i”，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点C_i’和节点B_i’的拉索和连接节点C_i”和节点B_i”的拉索称为鞍索，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点B_i’和节点C_i+1’的拉索、连接节点B_n’和节点C₁’的拉索、连接节点B_i”和节点C_i+1”的拉索以及连接节点B_n”和节点C₁”的拉索也称为鞍索，其中下标i＝2、3、…、n-1；连接节点C_i’和节点C_i-1”的拉索以及连接节点C₁’和节点C_n”的拉索称为竖索，其中下标i＝2、3、…、n；连接节点B_i’和节点C_i”的拉索称为斜索，其中下标i＝1、2、…、n；连接节点C_i’和节点B_i-1”的拉索、连接节点C₁’和节点B_n”的拉索也称为斜索，其中下标i＝2、3、…、n。

6.根据权利要求2所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，当层数m＝2时，2个端模块通过如下方式组合在一起：将第一层的模块和第二层的模块分别表示为①号端模块和②号端模块，①号端模块的节点B_1,i与②号端模块的节点C_2,n-i+1重合，合并为层间节点P_1,i，②号端模块的节点B_2,i与①号端模块的节点C_1,n-i+1重合，合并为层间节点Q_1,i，相应地，①号端模块的2n根鞍索和②号端模块的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点P_1,i和Q_1,i之间的2n根新的鞍索，其中下标i＝1、2、…、n。

7.根据权利要求2所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，当层数m≥3时，m个基本模块通过如下方式组合在一起：自下而上将m个基本模块依次分别表示为①号模块、②号模块、…、m号模块，其中，①号模块和m号模块为端模块，②号模块至m-1号模块为中间模块；①号模块的节点B_1,i与②号模块的节点C_2,n-i+1’重合，合并为层间节点P_1,i，②号模块的节点B_2,i’与①号模块的节点C_1,n-i+1重合，合并为层间节点Q_1,i，相应地，①号模块节点B_1,i和节点C_1,i之间的2n根鞍索和②号模块节点B_2,i’和节点C_2,i’之间的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点P_1,i和Q_1,i之间的2n根新的鞍索，其中下标i＝1、2、…、n；j号模块的节点B_j,i”与j+1号模块的节点C_j+1,n-i+1’重合，合并为层间节点P_j,i，j+1号模块的节点B_j+1,i’与j号模块的节点C_j,n-i+1”重合，合并为层间节点Q_j,i，相应地，j号模块节点B_j,i”和节点C_j,i”之间的2n根鞍索和j+1号模块节点B_j+1,i’和节点C_j+1,i’之间的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点P_j,i和Q_j,i之间的2n根新的鞍索，其中下标i＝1、2、…、n，j＝2、3、…、m-2；m-1号模块的节点B_m-1,i”与m号模块的节点C_m,n-i+1重合，合并为层间节点P_m-1,i，m号模块的节点B_m,i与m-1号模块的节点C_m-1,n-i+1”重合，合并为层间节点Q_m-1,i，相应地，m-1号模块节点B_m-1,i”和节点C_m-1,i”之间的2n根鞍索和m号模块节点B_m,i和节点C_m,i之间的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点P_m-1,i和Q_m-1,i之间的2n根新的鞍索，其中下标i＝1、2、…、n。

8.根据权利要求1所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，所述悬浮发光体系中所有发光管的长度相等。

9.根据权利要求3所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，所有的水平索的长度相等，所有竖索的长度相等。

10.根据权利要求4所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，所有斜索的长度相等。

11.根据权利要求5所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，所有鞍索的长度相等。