一种基于六边形的旋转曲面剖分方法技术

本发明专利技术公开了一种基于六边形的旋转曲面剖分方法，将旋转曲面S沿经向分为n段，沿纬向分为m等份，以得到各经纬线的交点作为剖分网格初始顶点。依次连接各经线上相邻顶点，得到全部经向剖分边界；选一对相邻经线，从母线剖分点V0开始间隔选取各顶点，连接相应纬线与两经线的交点得到一组纬向边界线段；再取下一对相邻经线，从母线剖分顶点V1开始间隔选取各顶点，连接相应纬线与两经线的交点得到下一组纬向边界线段；如此交替重复，得到全部纬向剖分边界。接着按使纬向边界缩短的规则，绕曲面旋转轴旋转偏移各顶点，得到所需六边形剖分网格。本发明专利技术针对旋转曲面特点，提供了一种在旋转曲面上创建六边形剖分网格的方法，具有灵活、便捷的特点。

A hexagon based method for rotating curved surface

The invention discloses a hexagonal rotating curved surface division method, which divides the rotating curved surface S along the meridian into the N segment and divides the zonal direction into m equal parts, so as to get the intersection points of the warp and weft lines as the initial vertex of the dissecting grid. In order to connect the adjacent vertices on each meridian to get all the meridian division boundaries, select a pair of adjacent warp lines, select each vertex from the start interval of the bus bar division point V0, connect the intersection point of the corresponding weft and the two meridians to get a group of zonal line segments, and then take the next pair of adjacent warp lines and select each vertex from the start interval of the parent line division point V1. The next group of zonal boundary segments is connected by the intersection of the corresponding weft and the two meridians, so that all zonal boundaries can be obtained by alternation and repetition. Then, according to the rule that the zonal boundary is shortened, the vertices are rotated around the rotation axis of the surface to get the hexagonal mesh. Aiming at the characteristics of rotating surfaces, the invention provides a method for creating hexagonal meshing grids on rotating surfaces, which is flexible and convenient.

【技术实现步骤摘要】
一种基于六边形的旋转曲面剖分方法
本专利技术属于计算机辅助设计
，特别的涉及一种基于六边形的旋转曲面剖分方法。
技术介绍
曲面剖分是指将曲面剖开成一系列碎片，其中每一个碎片都是曲边多边形，且任何两个曲边多边形，要么不相交，要么相交于一条公共边。上述曲面剖分方法可应用于空间自由曲面结构中杆系或索网结构的设计优化，在膜结构的设计中，也可以利用曲面剖分方法创建膜面增强单元结构布置方案，充气囊体作为一种充气膜结构，在对囊体结构的膜面采取增强措施时，也需要对膜面采取曲面剖分方法实现膜面增强带布置设计和优化。对于充气囊体表面的复合增强连接带布置，交于同一节点的复合连接带数量越少，且相邻复合连接带之间的夹角越大，越有利于避免囊体表面复合增强节点处的应力集中，提高膜面复合连接质量。与现有的三角形或四边形曲面剖分方法相比，基于六边形网络的曲面剖分网格结构更有利于充气囊体增强结构的设计优化。近几十年来，以充分利用材料的结构强度为目的的结构拓扑优化方法得到研究和应用，离散结构拓扑优化主要是在基结构的基础上采用不同的优化策略求解，比如松驰算法(ε-Relax)和遗传算法(GA)、基结构法(GSM)等。苏亮等人在论文《三维自由曲面结构网格的自动生成》(空间结构学术会议论文，2012)中介绍了基于主应力轨迹线的结构网格自动生成方法和波前推进法提出了“St-surmesh”的自由曲面结构网格自动生成软件，并对该方法进行了验证；任宇航在其《基于遗传算法的自由曲面网壳结构形态创构方法研究》(哈尔滨工业大学硕士学位论文，2015)中，详细介绍了基于遗传算法的曲面细分和优化的算法；潘炜等人在论文《基于曲面展开的自由曲面网格划分》(浙江大学学报工学版，2016)中，提出基于曲面展开和映射思想的网格划分方法，可生成线条流畅，大小均匀的网格。
技术实现思路
鉴于目前对曲面剖分方法的研究，曲面剖分方法以有限元网格生成方法为主，按单元形状主要分为三角形剖分、四边形剖分以及混合剖分等，尚未有提出直接构建六边形剖分单元的曲面剖分方法。因此，针对充气囊体增强结构的设计优化，需要提供一种基于六边形单元的旋转曲面剖分方法。为实现上述目的，本专利技术公开了一种基于六边形网络的曲面剖分方法，具体地，针对充气囊体表面具有旋转对称性的特点，根据用户设置的剖分参数，将旋转曲面S沿经向分为n段，沿纬向分为m等份，以得到各经纬线的交点作为剖分网格初始顶点。依次连接各经线上相邻顶点，得到全部经向剖分边界；选一对相邻经线，从母线起始点V0开始间隔选取各顶点，连接相应纬线与两经线的交点得到一组纬向边界线段；再取下一对相邻经线，从母线剖分顶点V1开始间隔选取各顶点，连接相应纬线与两经线的交点得到下一组纬向边界线段；如此交替重复，得到全部纬向剖分边界。接着按使纬向边界缩短的规则，绕曲面旋转轴旋转偏移各顶点，得到所需六边形剖分网格。本专利技术针对旋转曲面特点，提供了一种基于六边形对旋转曲面进行剖分的方法，通过改变剖分参数，可以对六边形网格单元的形状、密度及线框模型精度进行调整，具有灵活、便捷的特点，可以充分提高复合增强囊体结构的设计优化工作效率。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：本专利技术所述一种旋转曲面的六边形网格剖分方法，包括以下步骤：第一步、接收用户输入的旋转曲面S和曲面剖分参数；第二步、根据纵向剖分弧段数n和环向单元数量m，计算旋转曲面S的剖分网格所包含的边界和顶点数目，定义剖分网格顶点和边界数据对象，并按剖分顶点和边界在曲面上的布置顺序，定义剖分边界和顶点的连接拓扑关系；第三步、根据纵向间隔弧长环向单元数量m，计算剖分网格顶点的初始位置坐标；第四步、根据环向偏移系数s，对剖分网格顶点作旋转偏移，得到剖分网格顶点的设计位置坐标；第五步、根据弧长偏差限值c，测算剖分网格允许的最大细分步长，进一步计算得到单根剖分边界细分的等分数；第六步、根据剖分网格数据和单根剖分边界细分的等分数，计算细分网格所包含的顶点和边界线段数量，定义细分网格顶点和边界线段数据对象，并定义细分网格各边界线段与顶点的连接关系；第七步、找到每条剖分网格边界上的细分顶点位置坐标，并计算各细分顶点在旋转曲面S上相应投影点的位置坐标；第八步、根据细分网格线段和顶点对象数据，计算结构模型统计信息，并导出细分网格的三维线框模型。相较于现有技术，本专利技术所提供的曲面剖分方法利用旋转曲面的几何特点，根据用户设置的剖分参数，在旋转曲面S上建立六边形剖分网格的顶点和边界数据；通过调整环向偏移系数，可以控制六边形单元的形态进行细微调整，便于结构设计优化，并通过对剖分边界的细分控制边界细分线段的弧长偏差。附图说明图1是本专利技术旋转曲面的网格剖分方法优选实施例基于六边形网络在旋转曲面S上创建的剖分网格示意图；图2是图1所示剖分网格在圆柱坐标面上的投影展开图；图3是本专利技术旋转曲面的网格剖分方法优选实施例的系统原理框图；图4是本专利技术旋转曲面的网格剖分方法优选实施例的主流程图；图5是图4中步骤A105的细化流程图；图6是一个优选实施例中旋转曲面S的定义图示；图6中所示：V0～Vn——旋转曲面S的母线上的剖分点。特别地，V0为旋转曲面S的母线的起始点，Vn为旋转曲面S的母线的终止点；图7是六边形剖分单元的环向偏转角δ的计算示意图；图7中所示；δ——环向偏转角，为六边形剖分单元顶点从初始位置沿纬线旋转到设计位置的偏转角；α——环向初始夹角，为旋转曲面S上的相邻经线所在平面之间的夹角；图8是根据图6所示旋转曲面S的定义，执行图4中步骤A105后得到的剖分网格顶点初始分布示意图；图9是图8所示剖分网格顶点初始分布，在圆柱坐标面上的投影展开图；图10是在图8和图9所示剖分网格顶点初始分布的基础上建立的六边形单元初始拓扑结构在圆柱坐标面上的投影展开图；具体实施方式如图3所示，是本专利技术一种旋转曲面的网格剖分方法的系统原理框图，该系统主要包括曲面剖分程序组件10、输入接收数据组件20、几何对象数据组件30等。曲面剖分程序组件10根据接收到的旋转曲面S和剖分参数，在旋转曲面S上创建剖分网格和细分线段线框模型，并输出为图形为文件。输入接收数据组件20接收并存储用户输入的对象或数据，包括通过外部设备或输入文件接收的旋转曲面S，以及纵向间隔弧长环向单元数量m、环向偏移系数s和弧长偏差限值c等剖分参数。几何对象数据组件30存储剖分网格和细分线段的线框模型对象数据，包括基本剖分单元的顶点和边界数据，细分单元的顶点和边界数据等剖分模型信息，以及关于剖分程序运行输出数据的统计信息。曲面剖分程序组件10包括数据管理模块101、网格剖分模块102、几何计算模块103、坐标变换模块104、网格细分模块105和模型输出模块106等程序模块。数据管理模块101用于读取输入接收数据组件20中的曲面对象S及剖分参数，数据管理模块101用于在几何对象数据组件30中创建和修改数据对象，包括曲面剖分网格的顶点和边界数据对象，细分网格的顶点和线段数据对象。网格剖分模块102用于根据六边形剖分单元在旋转曲面上的布置规则，按用户设置的纵向间隔弧长环向单元数量m等参数，计算曲面剖分网格顶点和边界数量，以及单元环向初始夹角α，六边形单元顶点的环向偏转角度δ；网格剖分模块102还用于管理剖分网格模型对象本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于六边形的旋转曲面剖分方法，对旋转曲面S进行剖分，得到顶点位于曲面S内的剖分边界三维线框模型，其特征在于，该方法基于六边形网络对旋转曲面S进行剖分，包括以下步骤：第一步、接收用户输入的旋转曲面S和曲面剖分参数；第二步、根据纵向剖分弧段数n和环向单元数量m，计算旋转曲面S的剖分网格所包含的边界和顶点数目，定义剖分网格顶点和边界数据对象，并按剖分顶点和边界在曲面上的布置顺序，定义剖分边界和顶点的连接拓扑关系；第三步、根据纵向间隔弧长

【技术特征摘要】
1.一种基于六边形的旋转曲面剖分方法，对旋转曲面S进行剖分，得到顶点位于曲面S内的剖分边界三维线框模型，其特征在于，该方法基于六边形网络对旋转曲面S进行剖分，包括以下步骤：第一步、接收用户输入的旋转曲面S和曲面剖分参数；第二步、根据纵向剖分弧段数n和环向单元数量m，计算旋转曲面S的剖分网格所包含的边界和顶点数目，定义剖分网格顶点和边界数据对象，并按剖分顶点和边界在曲面上的布置顺序，定义剖分边界和顶点的连接拓扑关系；第三步、根据纵向间隔弧长环向单元数量m，计算剖分网格顶点的初始位置坐标并记录；第四步、根据环向偏移系数s，对剖分网格顶点作旋转偏移，得到剖分网格顶点的设计位置坐标并记录；第五步、根据弧长偏差限值c，测算剖分网格允许的最大细分步长，进一步计算得到单根剖分边界细分的等分数；第六步、根据剖分网格数据和单根剖分边界细分的等分数，计算细分网格所包含的顶点和边界线段数量，定义细分网格顶点和边界线段数据对象，并定义细分网格各边界线段与顶点的连接关系；第七步、在每条剖分网格边界上找到各初始等分点位置，并计算各初始等分点在旋转曲面S上相应投影点的位置坐标并记录；第八步、根据细分网格线段和顶点对象数据，计算结构模型统计信息，并导出细分网格的三维线框模型的平面投影图像或模型文件。2.按权利要求1所述的一种基于六边形的旋转曲面剖分方法，其特征在于，所述第一步中的旋转曲面S的母线的参数方程为连续的有理函数，且旋转曲面S的母线与旋转轴之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建，任思杰，严于胜，
申请(专利权)人：上海海勃膜结构股份有限公司，江苏海勃膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31