一种圆弧球面气膜的分割设计方法技术

本发明专利技术公开了一种圆弧球面气膜的分割设计方法，包括以下步骤：第一步：建立模型；第二步：设置采光区；第三步：分割主体；第四步：根据幅宽计算竖向分割数量或横向分割数量；第五步；制作膜面的竖向裁剪线或横向裁剪线；第六步；分割膜面；第七步：展开膜面；第八步：料片排版。本发明专利技术提供的分割设计方法简化气膜分割设计的工作量，提高分割设计工作效率，并且极大的节省了材料用量，减少了热合加工焊接长度、降低了生产成本，提升了产品的市场竞争力与产品安装质量。本发明专利技术形成的平面下料裁剪片，料片方正，不仅有利于排版，而且完全利用了膜材基布的经纬向纱线，避免裁剪下料膜片变形。避免裁剪下料膜片变形。避免裁剪下料膜片变形。

【技术实现步骤摘要】
一种圆弧球面气膜的分割设计方法


[0001]本专利技术涉及充气膜结构
，尤其是一种圆弧球面气膜结构的分割设计方法。

技术介绍

[0002]充气式膜结构（简称气膜）通过锚固角钢等措施将气膜边缘固定于地面基础之上，气膜内部与地面之间形成封闭的空间，通过供风系统向气膜内部源源不断的供应空气，气膜充气成型后形成膜内膜外的压强差，膜内压强高于膜外压强进而形成气膜的结构刚度和稳定性，这种封闭的气膜空间结构已广泛应用于工业生产、物流仓储、体育场运动场馆、展览馆等等。气膜结构分为单层气膜结构和双层气膜结构，单层气膜一般用于工业领域，工业膜一般要求封闭空间内部的降尘、不良气体处理，满足工业生产等需求；双层气膜一般用于体育场馆、功能场馆等民用设施，双层膜一般要求气膜的保温隔热、新风过滤，满足气膜场馆使用功能的舒适性等需求。气膜一般为方形的非负高斯曲面，而圆弧球面的气膜空间结构因膜面自身结构受力较佳、球面抵御外部荷载能力强，在观光游览、工业运用、雷达外罩等领域也有广泛的运用。因气膜空间内部的采光需求，单层膜一般为半采光膜体或整体不采光的膜体局部设置采光带；双层膜一般为填充保温棉不采光膜体局部设置双层气枕采光带的结构形式。
[0003]球形气膜曲面可以近似看做膜面受力均匀，而越规则越方正的下料裁剪料片对膜面充气成型后约束效果越好，对原始膜材的经纬向基布利用越充分，现阶段还没有针对圆弧球面较佳的分割设计方法。
[0004]常规的圆弧球面采用俯视瓜片分割设计，如图1和2所示，分割展开的料片平面形状为瓜片状，这种形式的气膜顶部接缝过于集中，不利于PVC膜材的焊接加工（存在焊缝过于集中）；填充保温棉的双层气膜结构由于瓜片状分割造成填充保温棉的双层膜空腔上窄下宽的特点，保温棉填充固定不方便；保温棉顶部与膜固定位置小导致保温棉因重力下垂造成保温棉顶部固定点面积小局部受力大，存在后期保温棉容易因重力下坠脱落的问题；即使气膜顶部增加封圆或者增加瓜片长度方向断开位置来合并顶部较窄料片，依然存在顶部接缝多，材料焊接面积比例过大，焊接质量难以保证，保温棉填充不易满铺等问题；而展平的平面瓜片形状料片为了节料，排版下料需要对瓜片状料片倾斜一定的角度进行排版下料，而这种料片的下料方式无法有效的利用膜材基布纱线径向纬向受力，裁剪后柔性的PVC膜片容易变形；若沿着纱线受力方向下料，材料利用率则非常低而无法实际运用。（PVC膜材：是由聚酯纤维纱线经纬向编制成的基布，在基布上涂覆PVC胶层，使PVC胶层与纱线基布完全紧密贴合加工而成的柔性卷材）。
[0005]以“G1”料片排版为例，俯视瓜片分割设计形成的裁剪下料片排版图如图3所示，料片倾斜排版，膜片自身或受力后易变形；或者也可以采用如图4所示的排版方案，虽然料片利用基布经纬向排版，但材料利用率太低。
[0006]常规的圆弧球面也有采用侧向分割设计，如图5和6所示，解决了气膜顶部料片焊
缝、料片集中的问题，但球面结构由于侧向分割，由上到下的膜片横向倾斜角度在不断的增大；该侧向膜面分割形式存在填充保温棉固定困难、保温棉易位移的问题；分割的膜片横向（解释：料片的长度方向定义为纵向，料片的宽度方向定义为横向）倾斜角度小的区域（顶部靠上的一些区域），保温棉顶部固定跟棉重力下坠方向基本一致，保温棉的固定与位移问题不明显；而随着膜片的横向倾斜角度不断增大，保温棉易产生横向位移、无法有效满铺双层膜空腔的问题凸出；如果双层膜空腔中间增加钩挂点来固定保温棉限制位移，这样不仅增加了膜加工工艺的复杂程度，增加了生产成本，而且增加保温棉安装的施工成本；横向倾斜角度大的双层膜空腔位置，增加保温棉固定点的措施是需要增加大量的内膜开口安装点，这样对双层膜的空腔密封性影响较大。对于矢跨比较小膜面扁平的气膜结构，侧向分割膜面对填充保温棉影响不大；但是扁平气膜抵御竖向荷载能力差，而充气膜矢跨比一般设计为1/3~1/2，矢跨比采用0.38的系数比较常见，即节约了用料又实现结构较佳的抵御外部荷载的能力，此矢跨比系数的气膜采用侧向分割膜面，就意味着分割膜面的分布位置越向下其膜面横向倾斜度越大，所以侧向分割膜面不利于双层膜保温棉安装填充；气膜侧向分割的材料排版利用率比气膜瓜片分割的材料排版利用率还要低，而且下料排版需将膜片中间断开来提高材料利用率，排版下料形式也跟膜面瓜片分割的排版下料形式基本相同。对比气膜瓜片分割设计的方法，气膜侧向分割设计的膜片一般为中心对称的结构形式，具有一半的下料膜片形状完全不同，气膜的分割设计、后期CAD制图与下料排版设计的工作量均较大。
[0007]以“C19”料片排版为例，侧向分割设计形成的裁剪下料片排版图如图7所示，料片倾斜排版，膜片自身或受力后易变形；或者也可以采用如图8所示的排版方案，虽然料片利用基布经纬向排版，但材料利用率太低。
[0008]公开号JP05179837A的专利，公开了一种空气膜结构，虽然提出了一种新的分割方法，但该方法分割展开料片的弧度很大，很难节料，并且无法完全利用材料的经纬向。同时，该方案中通长焊缝为环形，环形展开形状为曲线，不利于生产加工。

技术实现思路

[0009]本专利技术为了解决现有技术中的问题，提供一种圆弧球面气膜的分割设计方法。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种圆弧球面气膜的分割设计方法，包括以下步骤：第一步：建立模型；根据矢跨比建立气膜三维模型；第二步：设置采光区；设置气膜模型顶部采光带区域；第三步：分割主体；采光区域以外的膜主体区域，俯视图过圆心的直线竖直分割膜面，过圆心的相邻直线具有相同的夹角，分割气膜模型主体形成若干组相同分组膜面模型，膜面等分数量是根据气膜跨度与气膜分割宽度确定；第四步：根据膜材布幅宽计算竖向分割数量或横向分割数量；竖向分割数量的计算方法如下：选择任意一组模型计算竖向等分数量，选择该组模型纵向中线，找到纵向中线的中点，做过纵向中线中点的截面，该截面过圆弧球面的中心，并垂直于纵向中线、圆弧球面中心所在的平面。该截面与球面相交于形成圆弧线，根据膜材布幅下料宽度，设置该圆弧线
合适的等分点数量；横向分割数量的计算方法如下：选择任意一组模型计算横向等分数量，选择该组模型纵向中线，根据膜材布幅下料宽度设置纵向中线合适的等分点数量；第五步；制作膜面的竖向裁剪线或横向裁剪线；竖向裁剪线的制作方法如下：连接等分点与圆弧球面中心的连线，这些连接线在一个平面之上，过连接线做垂直于该平面的截面，所有截面与该组圆弧球面模型形成相交线，该相交线即为裁剪线；横向裁剪线的制作方法如下：连接所有等分点与圆弧球面中心的连线 ，这些连接线在一个平面之上，过连接线做垂直于该平面的截面，所有截面与该组圆弧球面模型形成相交线，该相交线即为裁剪线；第六步；分割膜面；根据已生成的相交线对整体模型进行分割；第七步：展开膜面；将分割后的每个空间面放样展开为平面形状；第八步：料片排版；排版的第一原则是节料避免不必要的浪费，料片形状一样或相似，通过旋转方向组合排版达到材料利用最高。
[0011]所述第一步中，气膜高度与气膜投影跨度的比值宜为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆弧球面气膜的分割设计方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：建立模型；根据矢跨比建立气膜三维模型；第二步：设置采光区；设置气膜模型顶部采光带区域；第三步：分割主体；采光区域以外的膜主体区域，俯视图过圆心的直线竖直分割膜面，过圆心的相邻直线具有相同的夹角，分割气膜模型主体形成若干组相同分组膜面模型，膜面等分数量是根据气膜跨度与气膜分割宽度确定；第四步：根据膜材布幅宽计算竖向分割数量或横向分割数量；竖向分割数量的计算方法如下：选择任意一组模型计算竖向等分数量，选择该组模型纵向中线，找到纵向中线的中点，做过纵向中线中点的截面，该截面过圆弧球面的中心，并垂直于纵向中线、圆弧球面中心所在的平面；该截面与球面相交于形成圆弧线，根据膜材布幅下料宽度，设置该圆弧线合适的等分点数量；横向分割数量的计算方法如下：选择任意一组模型计算横向等分数量，选择该组模型纵向中线，根据膜材布幅下料宽度设置纵向中线合适的等分点数量；第五步；制作膜面的竖向裁剪线或横向裁剪线；竖向裁剪线的制作方法如下：连接等分点与圆弧球面中心的连线，这些连接线在一个平面之上，过连接线做垂直于该平面的截面，所有截面与该组圆弧球面模型形成相交线，该相交线即为裁剪线；横向裁剪线的制作方法如下：连接所有等分点与圆弧球面中心的连线 ，这些连接线在一个平面之上，过连接线做垂直于该平面的截面，所有截面与该组圆弧球面模型形成相交线，该相交线即为裁剪线；第六步；分割膜面；根据已生成的相交线对整体模型进行分割；第七步：展开膜面；将分割后的每个空间面放样展开为平面形状；第八步：料片排版；排版的第一原则是节料避免不必要的浪费，料片形状一样或相似，通过旋转方向组合排版达到材料利用最高。2.根据权利要求1所述的圆弧球面气膜的分割设计方法，其特征在于：所述第一步中，气膜高度与气膜投影跨度的比值宜为0.33
‑
0.45之间。3.根据权利要求1所述的圆弧球面气膜的分割设计方法，其特征在于：所述第二步中，采光区域面积宜为气膜投影面积的5%
‑
20%，采光区域宜为正圆形；采光区域分割线为过圆弧球面的中...

【专利技术属性】
技术研发人员：常鹏，吕钊，刘福星，方永伟，
申请(专利权)人：河南科琦智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：