[发明专利]一种基于六边形的旋转曲面剖分方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于计算机辅助设计技术领域，特别的涉及一种基于六边形的旋转曲面剖分方法。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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。本发明针对旋转曲面特点，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。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明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；