[发明专利]装置表皮自支撑结构的参数化建模方法

说明书

本发明公开了一种装置表皮自支撑结构的参数化建模方法，涉及辅助建筑设计技术领域，确定装置表皮外轮廓，将外轮廓表面转化为可进行优化处理的待处理面；利用设定算法对上述待处理面进行三角网格细分和平滑处理；利用力学分析算法对上述结构进行力学分析；基于上述三角网格细分和平滑处理结果，生成三角嵌板及其折边并进行开洞，同时为所述三角嵌板和每一条折边进行编号；基于设定算法，将所有所述三角嵌板最大程度排进设定好的铝板规格中。本发明利用grasshopper操作过程可视化的特点进行参数化建模，配合grasshopper中的插件从设计，力学分析到辅助加工下料，能动态显示参数调整的过程，实现参数化建模的目标。

技术领域

本发明涉及辅助建筑设计技术领域，更具体地说，它涉及一种装置表皮自支撑结构的参数化建模方法。

背景技术

随着技术的进步和节约意识的提高，在装置设计领域中造型优美、结构合理、绿色环保的结构设计得到了迅猛的发展。表皮自支撑结构是一种近似拱券的空间结构。相较于传统的艺术装置表皮，它无需冗杂的钢龙骨做结构支撑，而是基于最大化表面或体积的整体双曲率的原理，通过三角形金属嵌板之间的主动张力和相互作用力实现结构的自稳定性，经过力学计算创造性的提出三角板折边技术代替复杂的空间龙骨，从而进一步加固整体结构。因其合理的结构特性、对设计形体的灵活适应性、造型美观、与加工和施工的高效性等一系列优点，已被国内外广泛地应用在建筑、景观小品、艺术装置上。同时整个设计到加工都是借助数字化精确模拟和加工，避免了传统工艺手工锻打带来的人工误差，进一步提高了设计师对于方案的完成性的要求。

发明内容

针对现有艺术装置表皮过于依赖传统手工锻打技术，定位无法精确，龙骨复杂影响造型美观的问题，本发明提出一种表皮自结构的参数化建模方法，利用参数化进行建模和下料，基于grasshopper算法模块，大大提高了模型的生成和修改速度，提高了工作和生产效率。具体方案如下：

一种装置表皮自支撑结构的参数化建模方法，包括如下步骤：

确定装置表皮外轮廓，将外轮廓表面转化为可进行优化处理的待处理面；

利用设定算法对上述待处理面进行三角网格细分和平滑处理；

利用力学分析算法对上述结构进行力学分析；

基于上述三角网格细分和平滑处理结果，生成三角嵌板及其折边并进行开洞，同时为所述三角嵌板和每一条折边进行编号；

基于设定算法，将所有所述三角嵌板最大程度排进设定好的铝板规格中。

进一步的，所述利用设定算法对上述待处理面进行三角网格细分和平滑处理包括：

对待处理面进行三角网格细分并优化，而后根据设定算法进行拓扑分面；

为每个三角网格的边设定一个弹簧力，使每条边发生相互作用，设定各个三角网格的夹角和边长趋于相似，约束三角网格的变形状况；

利用遗传算法控制输入给控制三角网格变形大小的力的数值；

利用可视化程序，判断三角网格分形结果是否符合要求，最终确认三角网格的细分结构。

进一步的，所述基于上述三角网格细分和平滑处理结果，生成三角嵌板及其折边并进行开洞，同时为所述三角嵌板和每一条折边进行编号，包括：

根据力学分析结果确定三角嵌板的折边大小；

三角嵌板折边整体呈倒角矩形设置且保留设定安装余量；

将相邻两个三角嵌板中距离最近的两条折边作为一组，两两成组；

确定所述折边的弯折角度；

各个所述三角嵌板根据自身z坐标从高到低分组排序并标上排序号码；