CN109190231B - 基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法 - Google Patents

基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法，用以解决现有复杂造型的空间折板网壳结构建模困难、建模效率低、重复利用率不高。本发明的步骤为：将需要建立的网壳模型的几何参数利用相应的输入插件表示；根据几何关系利用应用插件生成折板曲面或拟球面；选择其中一个平面，利用等参数法或细分法将一个折板面进行网格划分生成局部的网格；利用环向阵列插件网格化所有平面，利用插件进行杆件连接生成单层折板网壳。本发明设计方法简单，改变模型中的参数值可建立新的模型，提高建模效率，为进行不同类型、不同参数下的复杂造型空间网壳结构的受力分析和结构设计优化提高了极大方便，促进了复杂空间网壳结构使用。

Description

基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法
技术领域
本发明涉及辅助建筑设计的技术领域，尤其涉及一种基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法。
背景技术
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。大跨度空间网格结构作为钢结构的重要组成部分之一，被广泛应用到航站楼、高铁站、体育场等建筑中，其优势是结构轻巧、受力合理、造型美观。网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。网架结构安装方便，但受力性能没有壳体受力性能好，而网壳结构屋面构造复杂，尤其是不可展曲面，屋面板铺设困难，易造成漏水。折板网壳克服了网架和网壳的缺点，其组成单元是平板网架，制作安装和平板网架一样方便，同时又具有壳体的受力特性，并且这种结构自然形成脊线和谷线，具有排水方便、造型丰富等优点，因此是一种具有潜力的新型结构。折板网壳是受力性能良好、造型美观、施工制作方便的空间网壳结构。然而折板网壳等模型构建较为复杂，因此阻碍了折板网壳等在工程中的应用。
由于折板网壳结构的杆件数目较多，且跨度、矢高、网格尺寸和结构类型等参数的改变均能引起内力充分布。因此应用Grasshopper对折板网壳结构等进行参数化构建，可大大提高各种网壳结构的受力分析和优化设计，具有重要的工程实用价值。
发明内容
针对现有复杂造型的折板网壳结构建模困难，建模效率低的技术问题，本发明提出一种基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法，利用参数化建模可以大大提高模型的生成和修改速度，从而提高工作效率。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法，其步骤如下：
步骤一：将需要建立的网壳模型的几何参数利用相应的输入插件表示；
步骤二：根据几何关系利用应用插件生成折板曲面或拟球面；
步骤三：选择其中一个平面，利用等参数法或细分法将一个折板面进行网格划分生成局部的网格；
步骤四：利用环向阵列插件网格化所有平面，利用插件进行杆件连接生成单层折板网壳。在单层结构基础上可生成局部双层或双层网壳。
所述折板面的生成方法为：1）利用多边形插件生成底部多边形，利用线段分割插件将多边形划分为S等份得到多边形角点；2）利用生产点插件将矢高参数化生成顶点坐标；3）通过两点确定直线插件连接中心顶点与各个多边形角点形成脊线；4）根据编号选择数据插件选取相邻的两个脊线及相应的两个多边形角点，通过两点确定直线插件连接两个多边形角点得到底线，利用双轨扫略插件将底线和脊线形成一个折板面。
利用线段分割插件将多边形划分得到多边形角点和底边中点，通过数据分流插件将多边形角点和底边中点分开，通过两点确定直线插件连接顶点与底边中点，根据编号选择数据的插件选取两个脊线之间的顶点与底边中点连线，两次使用双轨扫略插件连接一根脊线和顶点与底边中点连线形成第一类折板面。
增加原点输入插件和支座高差输入插件，通过两点确定直线插件连接顶点与原点形成轴线；调整支座高差参数将向上移动后的底边中点与多边形角点用编织插件组成整体，用多段线插件形成轨迹线；使用绕轨扫略插件连接脊线、轨迹线和轴线形成第二类折板面；使用炸开插件和根据编号选择数据插件得到两个折板面。
所述等参数法进行网格划分的方法为：利用脊线细分网格数输入插件和细分曲面插件将生成的折板面的脊线细分；通过生成多段线插件连接两个脊线上的点形成平行于底边的等参线，通过数列插件形成等差数列；线段分割插件的划分数目连接数列插件形成的等差数列。利用等差数列和线段分割插件将等参线划分生成节点；通过合并插件将生成的节点和顶点合并；通过矩阵转置插件将节点数据转置；通过多段线插件形成斜线；通过矩阵转置插件将节点数据转置后将数据首末颠倒；通过生成多段线插件形成另一条斜线，从而生成局部的网格。
所述细分法为三角形细分法，三角形细分法对折板面进行网格划分的方法为：利用炸开插件得到折板面的角点，利用生成网格插件根据三个角点生成三角形网格，利用细分次数输入插件和三角形网格细分插件得到细分后的折板网壳。
利用两点连接直线插件生成腹杆和下弦杆，连接上弦层和下弦层的折板网壳生成双层折板网壳；所述双层折板网壳的生成方法为：利用折板面的生成方法生成上弦层，通过合并插件将折板面生成的所有节点合并，通过移动插件将上弦层节点竖直向下移动，厚度参数输入插件调整双层折板网壳的厚度；利用折板面的生成方法生成下弦层；通过两点连接直线插件将上弦层节点和下弦层节点连接生成竖直腹杆；通过两点连接直线插件将去除首节点的上层节点和除末节点的下层节点连接生成斜腹杆。
利用grasshopper通过作图法构建拟球面，所述拟球面的生成方法为：1）通过球面半径R值确定上顶点和下顶点位置，矢高值f确定矢高处圆的位置，矢高处圆的半径；利用线段分割插件将矢高处圆划分为N等份，通过矢高处圆N等分处节点和上顶点、下顶点确定半径为A的圆弧；2）根据编号选择数据插件选取其中的三个圆弧，使用相交插件得到三个圆弧与矢高处圆的交点，根据分割插件将圆弧在圆弧与矢高处圆的交点及沿圆弧方向延长2倍交点长度处分割；3）根据3点圆插件构建延长2倍交点处圆，并将圆2N等分；4）选取其中的线段使用起始点插件得到圆弧线段的端点，使用两点成线插件构建轨迹线和扫略线，通过双轨扫略插件得到上部折板面和对称区间的3个折板面形成拟球面。
第二类拟球面密肋折板网壳的折板面生成方法：1）利用多边形插件形成中心五边形，用线段分割插件将五边形划分得到五边形角点和边长；2）构建与中心五边形相连的六边形，六边形的半径为中心五边形边长；六边形的直径等于大五边形的边长，构建大五边形、其半径通过五边形的半径与边长的关系得到；等分大五边形和中心五变形得到其边的中点；3）在中心五边形一边的中点构建一个垂直五边形所在平面的圆，圆的半径为中心五边形边的中点到相邻六边形形心的距离；在大五边形一边的中点做垂直于五边形平面的射线与圆相交与A点；4）根据几何关系求出旋转角，通过旋转角将六边形旋转到点A；5）使用两点成线插件构建轨迹线和扫略线，通过双轨扫略插件得到折板面。
类球面折板面的生成方法：1）利用多边形插件形成多边形，用线段分割插件将多边形划分得到多边形角点和底边中点，通过数据分流插件将多边形角点和底边中点分开；2）利用生产点插件将矢高参数化生成顶点坐标，使用中部高度参数化调节底边中点向上移动高度，使用多段线插件构建中部轮廓线，并将中部轮廓线等分；3）用两点成线插件连接中部轮廓线等分节点与顶点形成上部脊线，两点成线插件连接中部轮廓线等分节点与底部多边形角点形成底部脊线；4）使用两点成线插件构建轨迹线和扫略线，通过双轨扫略插件得到上部折板面和下部折板面，从而形成类球面折板面。利用grasshopper参数化构建类球面后，运用等参法对类球面进行网格划分并且参数化的调节网格划分数目，最后进行杆件连接，参数的构建了单层类球面折板网壳。利用grasshopper参数化构建类球面，之后运用细分法对折板三角形细分并且参数化的调节细分次数，参数的构建了单层类球面折板网壳。
本发明的有益效果：参数化建模是不同参数变量建立和分析的模型，通过简单的改变模型中的参数值就能建立和分析新的模型，可以在辅助建筑设计上应用，提高建模效率，促进了复杂造型的空间网壳结构的使用。本发明设计方法简单、高效，为采用有限元设计软件进行不同类型、不同参数下的复杂造型空间网壳结构的受力分析和结构设计优化提高了极大的方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程图。
图2为第一类折板单层三向型网壳的生成过程，（a）为生成折板的插件连接图，（b）为折板曲面网格划分和生产网格的插件连接图，（c）为生成模型的立体图，（d）为三向型网壳的立体图，（e）为三角形细分法的插件图，（f）为三角形细分法的示意图。
图3为第一类折板单层单斜杆型网壳，（a）为生成折板的插件连接图，（b）为折板曲面网格划分和生产网格的插件连接图，（c）为生成模型立体图，（d）为单斜杆型网壳立体图，（e）为三角形细分法的插件图，（ f）为三角形细分法的示意图。
图4为第一类折板双层网壳，（a）为杆件生成的插件连接图，（b）为生成的双层网壳的立体图。
图5为第二类折板单层单斜杆型网壳，（a）为生成折板面的插件连接图，（b）为折板曲面网格划分和生产网格的插件连接图，（c）生成模型的立体图，（d）为底边为四边形的单斜杆型网壳的立体图，（d）为底边为五边形的单斜杆型网壳的立体图，（e）为三角形细分法的插件连接图，（f）为三角形细分法的示意图。
图6为第一类拟球面密肋折板网壳，（a）为折板面生成的插件连接图，（b）为生成模型的立体图，（c）底边为六的密肋折板网壳立体图，（d）底边为五的密肋折板网壳的立体图，（e）为三角形细分法的插件图，（f）为生成拟球面节点的插件连接图，（g）为三角形细分生成的立体图，（h）为细分网格后的立体图。
图7为第二类拟球面密肋折板网壳，（a）为折板面生成的插件连接图，（b）生成模型的立体图，（c）为第二类拟球面折板面的立体图，（d）为拟球面密肋折板网壳的立体图。
图8为类球面折板网壳，（a）为折板面生成的插件连接图，（b）为生成模型的立体图，（c）为类球面折板网壳的立体图。
图9为grasshopper中BAKE命令实现分层的窗口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法，其步骤如下：
步骤一：将需要建立的网壳模型的几何参数利用相应的输入插件表示；
步骤二：根据几何关系利用应用插件生成折板曲面或拟球面；
步骤三：选择其中一个平面，利用等参数法或细分法将一个折板面进行网格划分生成局部的网格；
步骤四：利用环向阵列插件网格化所有平面，利用插件进行杆件连接生成单层折板网壳。在单层结构基础上可生成局部双层或双层网壳。
步骤五：利用两点连接直线插件生成腹杆和下弦杆，连接上弦层和下弦层的折板网壳生成双层折板网壳。
模型实例一：第一类折板网壳的生成方法，如图2所示。生成折板曲面的方法：1）利用多边形插件形成底部多边形，多边形插件的输入端R和S分别为多边形的半径和边数，参数化控制多边形的形态。用线段分割插件将底部多边形划分为S等份得到多边形角点，即线段分割插件的输入端N与边数输入插件的S连接。2）生成点插件与矢高输入插件相连接，将矢高参数化调节顶点的Z坐标，X、Y为0得到顶点坐标。通过两点确定直线插件连接中心顶点与多边形角点形成脊线，通过根据编号选择数据插件选取其中两个脊线和两个多边形角点。通过两点确定直线插件连接两个多边形角点得到一根底线。3）将双轨扫略插件的输入端R1、R2连接两根脊线，S连接底线，可形成第一类折板面。改变几何控制参数如半径、边数、矢高便可生成不同的折板面，如图2（a）所示。4）运用等参法划分网格，通过改变脊线网格划分数调整网格的大小见图2（b）。具体方法为：用细分曲面插件将生成的折板面细分，细分曲面插件的V值为固定值2，改变其U值可以调整脊线划分数，细分曲面插件根据脊线划分网格数调节脊线划分的数量。通过生成多段线插件连接两个脊线上的点形成平行于底边的线即等参线；通过数列插件形成等差数列；通过线段分割插件将新生成平行于底边的线划分，线段分割插件的输入端划分数目N连接形成的等差数列。5）通过合并插件将生成的节点和顶点合并；通过矩阵转置插件将节点数据转置；通过多段线插件形成斜线；通过矩阵转置插件将节点数据转置后将数据首末颠倒；通过生成多段线插件形成另一条斜线，如图2（b）所示。生成局部的网格如图2（c）所示，环向阵列插件便可形成第一类折板单层三向型网壳，如图2（d）所示。
网格的划分也可采用细分法进行划分，具体方法为如图2（e）所示。在生成折板面图2（a）的基础上使用炸开插件得到折板面的角点，使用生成网格插件根据三角点生成三角形网格，之后使用三角形网格细分插件通过调整细分的次数得到细分后的折板网壳，如图2（f）所示。最后利用环向阵列插件得到完整的第一类折板单层三向型网壳。
模型实例二：通过图3（a）和（b）所示的插件连接图可形成第一类折板单层单斜杆型网壳，如图3（d）所示。图3（a）的几何参数意义与图1（a）相类似。单斜杆型折板网壳生成的具体方法维：1）多边形插件形成生成底部多边形，多边形插件的输入端R和S分别为多边形的半径和边数，通过半径输入插件和折板环向分数插件参数化控制多边形形态，用线段分割插件将多边形划分为2倍S等份得到多边形角点和底边中点。通过数据分流插件将多边形角点和底边中点分开。2）将矢高输入插件作为中心点生成插件的输入端，矢高参数化调节点的Z坐标，X、Y为0得到顶点坐标得到顶点。通过两点确定直线插件，连接中心顶点与多边形角点形成脊线，根据编号选择数据插件选取其中两个脊线和两个多边形角点、底边中点。通过两点确定直线插件分别将两个多边形角点与底边中点连接得到两根底线。通过两点确定直线插件连接顶点与底边中点。根据编号选择数据插件选取两个脊线之间的顶点与底边中点连线。3）两次使用双轨扫略插件，使其输入端R1、R2分别连接一根脊线和顶点与底边中点连线，输入端S连接底线，可形成第一类折板面。改变几何控制参数如半径、边数、矢高便可生成不同的折板面，图3（a）所示。
图3（b）所示，运用等参法划分网格，通过改变脊线网格划分数调整网格的大小。具体做法和模型实例一中第4）步相同。折板面划分后，杆件生成具体做法和模型实例一中第5）步相同。图3（b）所示，电池包为分别使用图2（b）内的插件进行杆件连接所组成。生成局部的网格后如图3（c）所示，环向阵列插件便形成单斜杆型折板网壳，如图3（d）所示。
网格的划分也可采用细分法进行划分，具体方法为如图3（e）所示。在生成折板面图3（a）的基础上使用炸开插件得到折板面的角点，使用生成网格插件根据三角点生成三角形网格，之后使用三角形网格细分插件通过调整细分的次数得到细分后的折板网壳，如图3（f）所示。最后利用环向阵列插件得到完整的折板网壳。
双层折板网壳的几何参数控制脊线网格划分数调整网格和图2（a）相同，通过合并插件将图2（a）生成的所有节点合并与图4（a）左侧合并连接。通过移动插件将上层节点竖直向下移动生成上弦层，厚度参数来调整双层折板网壳的厚度。下弦层的生成方法和上弦层一样。通过两点连接直线插件将上层节点和下层节点连接生成竖直腹杆。通过两点连接直线插件将去除首节点的上层节点和除末节点的下层节点连接生成斜腹杆，如图4（a）所述。生成局部的网格后，利用环向阵列插件生成第一类双层折板网壳如图4（b）所示。
其他方法与模型实例一相同。
模型实例三：如图5所示，第二类折板网壳的生成方法为：1）多边形插件形成底部多边形，多边形插件的输入端R和S分别为生成的多边形的半径和边数，通过半径输入插件和折板环向份数输入插件可以参数化控制多边形的形态，用线段分割插件将多边形划分为2倍S等份得到多边形角点和底边中点。通过数据分流插件将多边形角点和底边中点分开。2）将矢高输入插件作为中心点生成插件的输入端，通过矢高参数化调节点的Z坐标，X、Y为0得到顶点坐标得到中心的顶点。通过两点确定直线插件连接中心的顶点与多边形角点形成脊线。通过两点确定直线插件连接中心顶点与原点形成轴线。将支座高差参数控制的向上移动后的底边中点与多边形角点用编织插件组成整体后，用多段线插件形成轨迹线。3）使用绕轨扫略插件的输入端P连接脊线，输入端R连接轨迹线，输入端A连接轴线，可形成第二类折板面，如图5（a）所示。使用炸开插件和根据编号选择数据插件得到其中两个折板面，如图5（c）所示。改变几何控制参数如半径、折板环向份数、矢高、矢高差便可生成不同的折板面。之后运用等参法划分网格通过改变脊线网格划分数调整网格的大小，如图5（b）所示。单斜杆型折板网壳的杆件连接方式和图3相同，生成的单斜杆型折板网壳，如图5（d）和（e）所示。
网格的划分也可采用细分法进行划分，具体方法为如图5（f）所示。在生成折板面的基础上使用炸开插件得到折板面的角点，使用生成网格插件根据三角点生成三角形网格，之后使用三角形网格细分插件通过调整细分的次数得到细分后的折板网壳。最后环向阵列插件得到完整的第二类折板单层单斜杆型网壳。
其他方法与模型实例二相同。
模型实例四：第一类拟球面密肋折板网壳生成方法，如图6所示。改变几何控制参数如半径A、上部底边边数N、矢高便可生成不同的折板面，如图6（a）所示。生成折板面的具体方法：1）通过球面半径R值确定上、下顶点位置，矢高值f确定矢高处圆的位置，矢高处圆的半径；利用线段分割插件将矢高处圆划分为N等份，通过矢高处圆N等分处节点和上、下顶点确定半径为A的圆弧。2）根据编号选择数据插件选取之中三个圆弧，使用相交插件得到圆弧与矢高处圆的交点，根据分割插件将圆弧在圆弧与矢高处圆的交点和2倍交点处分割。3）根据3点圆插件构建延长2倍处圆，并将圆2N等分。4）选取其中的线段使用起始点插件得到圆弧线段的端点，使用两点成线插件构建需要的轨迹线和扫略线。通过双轨扫略插件得到上部折板面和对称区间的3个折板面，如图6（b）所示。对生成的折板面利用等参数法进行三向型网格划分，具体划分方式如图2所示。生成局部的网格后，利用环向阵列插件便生成的第一类拟球面密肋折板网壳，如图6（c）和（d）所示。
网格的划分也可采用细分法进行划分，具体方法为如图6（e）所示。在生成折板面图6（a）的基础上使用炸开插件得到折板面的角点，使用生成网格插件根据三角点生成三角形网格，之后使用三角形网格细分插件通过调整细分的次数得到细分后的折板网壳。最后利用环向阵列插件得到完整的折板网壳。
上述采用作图法获得拟球面即环向数Nx=2拟凯威特型球面，采用三角形细分法采用ANSYS编程获得节点，输入grasshopper获得初始的三角形网格，之后采用细分法，便可得到折板网壳，程序为生成凯威特节点。在程序中可改变环向数Nx值，而grasshopper作图法中实现Nx的改变较为困难。对拟凯威特球面进行改变当环向数Nx大于等于3时，进行局部修改最外环节点数与最外环第2圈节点数相同，水平面在最外环第2圈两节点的中间延长线上。取环向数Nx=3，份数KN=5，矢跨比f=1/3，跨度Span=60，将生成的节点按照图6（g）所示的三角形排列，生成40组数据，之后采用细分法网格划分如图6（f）所示，细分后的网格，如图6（g）所示。
模型实例五：第二类拟球面密肋折板网壳生成方法，如图7所示。改变几何控制参数如半径便可生成不同的折板面，如图7（a）所示。生成折板面的具体方法是：1）利用多边形插件形成底部多边形。生成底部多边形R和S分别为多边形半径和边数，R和S参数化控制多边形形态，S为固定值5。用线段分割插件将多边形划分为5等份得到多边形角点和边长。2）构建与中心五边形相连的六边形，其半径S为中心五边形边长。六边形的直径等于大五边形的边长。构建大五边形，其半径通过五边形的半径与边长的关系得到。10等份大五边形和中心五变形得到其边的中点。3）在中心五边形一边的中点构建一个垂直五边形平面的圆，其半径为中心五边形边的中点到旋转前的六边形的形心的距离。在大五边形一边的中点做垂直与五边形平面的射线与圆相交与A点。4）根据几何关系求出旋转角，将六边形旋转到指定位置。5）使用两点成线插件构建需要的轨迹线和扫略线，如图7（b）所示。通过双轨扫略插件得到折板面后，环向阵列插件便生成第二类拟球面密肋折板网壳，如图7（c）所示。对生成的折板面进行三向型网格划分，具体划分方式与模型实例一相同。生成局部的网格后，利用环向阵列插件便生成第二类拟球面密肋折板网壳，如图7（d）所示。
网格的划分也可采用细分法进行划分，具体方法与如图2（e）相同。在生成折板面的基础上使用炸开插件得到折板面的角点，使用生成网格插件根据三角点生成三角形网格，之后使用三角形网格细分插件通过调整细分的次数得到细分后的折板网壳。最后环向阵列插件得到完整的折板网壳。
其他方法与模型实例四相同。
模型实例六：类球面折板面的生成方法，如图8所示。改变几何控制参数如半径、边数、顶部高度、底部高度便可生成不同的折板面，如图8（a）所阿虎。生成折板面的具体方法是：1）多边形插件形成多边形。生成的底部多边形的R和S分别为半径和多边形边数，多边形插件参数化控制多边形形态。用线段分割插件将多边形划分为2倍S等份得到多边形角点和底边中点。通过数据分流插件将多边形角点和底边中点分开。2）将顶部高度输入插件作为中心点生成插件的输入端，通过顶部高度参数化调节点的Z坐标，X、Y为0得到顶点坐标。使用中部高度参数化调节底边中点向上移动高度，使用多段线插件构建中部轮廓线，并将中部轮廓线S份等分。3）用两点成线插件连接中部轮廓线等分节点与顶点形成上部脊线；连接中部轮廓线等分节点与底部多边形角点形成底部脊线。4）使用两点成线插件构建需要的轨迹线和扫略线。通过双轨扫略得到上部折板面和下部折板面，如图8（b）所示。对生成的折板面进行三向型网格划分，具体划分方式如图2所示。生成局部的网格后，环向阵列插件便生成的类球面折板网壳，如图8（c）所示。
网格的划分也可采用细分法进行划分，具体方法与如图2（e）相同。在生成折板面的基础上使用炸开插件得到折板面的角点，使用生成网格插件根据三角点生成三角形网格，之后使用三角形网格细分插件通过调整细分的次数得到细分后的折板网壳。最后环向阵列插件得到完整的折板网壳。
在Grasshopper参数化建模完成后可采用 BAKE命令将不同的构件导入的不同的图层中，如图9所示。可分层导入设计软件，方便构建材料属性的定义和荷载的施加。应用Grasshopper对折板网壳结构进行参数化构建，可大大提高各种折板网壳结构的受力分析和优化设计，具有重要的工程实用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一：将需要建立的网壳模型的几何参数利用相应的输入插件表示；
步骤二：根据几何关系利用应用插件生成折板曲面；
步骤三：选择其中一个平面，利用等参数法或细分法将一个折板面进行网格划分生成局部的网格；
步骤四：利用环向阵列插件网格化所有平面，利用插件进行杆件连接生成单层折板网壳；
所述折板面的生成方法为：1)利用多边形插件生成底部多边形，利用线段分割插件将多边形划分为S等份得到多边形角点；2)利用生产点插件将矢高参数化生成顶点坐标；3)通过两点确定直线插件连接中心顶点与各个多边形角点形成脊线；4)根据编号选择数据插件选取相邻的两个脊线及相应的两个多边形角点，通过两点确定直线插件连接两个多边形角点得到底线，利用双轨扫略插件将底线和脊线形成一个折板面。
2.一种基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一：将需要建立的网壳模型的几何参数利用相应的输入插件表示；
步骤二：根据几何关系利用应用插件生成拟球面；
步骤三：选择其中一个平面，利用等参数法或细分法将一个折板面进行网格划分生成局部的网格；
步骤四：利用环向阵列插件网格化所有平面，利用插件进行杆件连接生成单层折板网壳；
所述拟球面的生成方法为：1)通过球面半径R值确定上顶点和下顶点位置，矢高值f确定矢高处圆的位置，矢高处圆的半径r＝R2-(R-f)2；利用线段分割插件将矢高处圆划分为N等份，通过矢高处圆N等分处节点和上顶点、下顶点确定半径为A的圆弧；2)根据编号选择数据插件选取其中的三个圆弧，使用相交插件得到三个圆弧与矢高处圆的交点，根据分割插件将圆弧在圆弧与矢高处圆的交点及沿圆弧方向延长2倍交点长度处分割；3)根据3点圆插件构建延长2倍交点处圆，并将圆2N等分；4)选取其中的线段使用起始点插件得到圆弧线段的端点，使用两点成线插件构建轨迹线和扫略线，通过双轨扫略插件得到上部折板面和对称区间的3个折板面形成拟球面。
3.一种基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一：将需要建立的网壳模型的几何参数利用相应的输入插件表示；
步骤二：根据几何关系利用应用插件生成拟球面；
步骤三：选择其中一个平面，利用等参数法或细分法将一个折板面进行网格划分生成局部的网格；
步骤四：利用环向阵列插件网格化所有平面，利用插件进行杆件连接生成单层折板网壳；
第二类拟球面密肋折板网壳的折板面生成方法：1)利用多边形插件形成中心五边形，用线段分割插件将五边形划分得到五边形角点和边长；2)构建与中心五边形相连的六边形，六边形的半径为中心五边形边长；六边形的直径等于大五边形的边长，构建大五边形、其半径通过五边形的半径与边长的关系得到；等分大五边形和中心五变形得到其边的中点；3)在中心五边形一边的中点构建一个垂直五边形所在平面的圆，圆的半径为中心五边形边的中点到相邻六边形形心的距离；在大五边形一边的中点做垂直于五边形平面的射线与圆相交与A点；4)根据几何关系求出旋转角，通过旋转角将六边形旋转到点A；5)使用两点成线插件构建轨迹线和扫略线，通过双轨扫略插件得到折板面。
4.一种基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一：将需要建立的网壳模型的几何参数利用相应的输入插件表示；
步骤二：根据几何关系利用应用插件生成拟球面；
步骤三：选择其中一个平面，利用等参数法或细分法将一个折板面进行网格划分生成局部的网格；
步骤四：利用环向阵列插件网格化所有平面，利用插件进行杆件连接生成单层折板网壳；
类球面折板面的生成方法：1)利用多边形插件形成多边形，用线段分割插件将多边形划分得到多边形角点和底边中点，通过数据分流插件将多边形角点和底边中点分开；2)利用生产点插件将矢高参数化生成顶点坐标，使用中部高度参数化调节底边中点向上移动高度，使用多段线插件构建中部轮廓线，并将中部轮廓线等分；3)用两点成线插件连接中部轮廓线等分节点与顶点形成上部脊线，两点成线插件连接中部轮廓线等分节点与底部多边形角点形成底部脊线；4)使用两点成线插件构建轨迹线和扫略线，通过双轨扫略插件得到上部折板面和下部折板面，从而形成类球面折板面。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法，其特征在于，利用线段分割插件将多边形划分得到多边形角点和底边中点，通过数据分流插件将多边形角点和底边中点分开，通过两点确定直线插件连接顶点与底边中点，根据编号选择数据的插件选取两个脊线之间的顶点与底边中点连线，两次使用双轨扫略插件连接一根脊线和顶点与底边中点连线形成第一类折板面。
6.根据权利要求5所述的基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法，其特征在于，增加原点输入插件和支座高差输入插件，通过两点确定直线插件连接顶点与原点形成轴线；调整支座高差参数将向上移动后的底边中点与多边形角点用编织插件组成整体，用多段线插件形成轨迹线；使用绕轨扫略插件连接脊线、轨迹线和轴线形成第二类折板面；使用炸开插件和根据编号选择数据插件得到两个折板面。
7.根据权利要求6所述的基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法，其特征在于，所述等参数法进行网格划分的方法为：利用脊线细分网格数输入插件和细分曲面插件将生成的折板面的脊线细分；通过生成多段线插件连接两个脊线上的点形成平行于底边的等参线，通过数列插件形成等差数列；线段分割插件的划分数目连接数列插件形成的等差数列；利用等差数列和线段分割插件将等参线划分生成节点；通过合并插件将生成的节点和顶点合并；通过矩阵转置插件将节点数据转置；通过多段线插件形成斜线；通过矩阵转置插件将节点数据转置后将数据首末颠倒；通过生成多段线插件形成另一条斜线，从而生成局部的网格。
8.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法，其特征在于，所述细分法为三角形细分法，三角形细分法对折板面进行网格划分的方法为：利用炸开插件得到折板面的角点，利用生成网格插件根据三个角点生成三角形网格，利用细分次数输入插件和三角形网格细分插件得到细分后的折板网壳。
9.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于grasshopper的折板网壳参数化建模方法，其特征在于，利用两点连接直线插件生成腹杆和下弦杆，连接上弦层和下弦层的折板网壳生成双层折板网壳；所述双层折板网壳的生成方法为：利用折板面的生成方法生成上弦层，通过合并插件将折板面生成的所有节点合并，通过移动插件将上弦层节点竖直向下移动，厚度参数输入插件调整双层折板网壳的厚度；利用折板面的生成方法生成下弦层；通过两点连接直线插件将上弦层节点和下弦层节点连接生成竖直腹杆；通过两点连接直线插件将去除首节点的上层节点和除末节点的下层节点连接生成斜腹杆。
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