(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211119611.9 (22)申请日 2022.09.15 (71)申请人 交禾 （上海） 工程 技术有限公司 地址 200241 上海市闵行区剑川路6 00号第 1幢 (72)发明人 沈珊珊　董骁　张宜杰　邱国志　 龚景海　 (74)专利代理 机构 上海交达专利事务所 31201 专利代理师 王毓理　王锡麟 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 基于边的复杂空间结构模型快速构建实现 方法 (57)摘要 一种基于边的复杂空间结构模型快速构建 实现方法， 通过几何算法创建优化结构面后对其 进行网格划分得到合理光滑的网格曲线优化结 构面， 在此基础上进行下弦优化结构创建， 生成 下弦优化结构 模型； 最后向生 成下弦优化结构 模 型施加约束及荷载， 并根据优化结构面和下弦优 化结构批量生成整体结构 模型。 本发 明由建筑曲 面、 边界、 交线等采用几何算法自动生成优化结 构面， 再进行网格划分及生成下弦结构， 快速创 建大批量结构模型， 且支持多区域联动编辑， 高 效修改复杂结构模型。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 115408757 A 2022.11.29 CN 115408757 A 1.一种基于边的复杂空间结构模型快速构建实现方法， 其特征在于， 通过几何算法创 建优化结构面后对其进行网格划分得到合理光滑的网格曲线优化结构面， 在此基础上进 行 下弦优化结构创建， 生成下弦优化结构模型； 最后向生成下弦优化结构模型施加约束及荷 载， 并根据优化结构面和下弦优化结构批量 生成整体结构模型。 2.根据权利要求1所述的基于边的复杂空间结构模型快速构建实现方法， 其特征是， 具 体包括： 步骤一、 根据围合结构几何算法、 回转结构几何算法和扫掠结构几何算法创建优化结 构面， 具体为： 根据绘制且定义完成的几何要素， 自动生成优化结构面； 步骤二、 对 优化结构面进行网格划分， 包括： 步骤2.1)根据设置 完成的雅可比值、 纵横比和光滑性获取最优网格划分参数； 步骤2.2)根据最优网格划分参数对不同份数的x组模型进行网格划分， 生成合理光滑 的网格曲线结构面； 步骤三、 生成下弦优化结构模型， 包括： 步骤3.1)通过力密度找形方法得到优化结构面极小曲面形态， 具体为： 先设定基本参 数， 再计算结构的力密度和各个杆件的力密度值， 从而确定结构构型中的预应力， 结构中每 个节点处的平衡方程由力密度和连接到节点的绳索表示， 节点和连接节点之间的节点的坐 标差与力 密度有关， 力密度与外部载荷处于平衡状态， 由此建立平衡方程Aq＝p其中： q为杆 的力密度向量， p 为作用在节点上的外部载荷， 结构系统中杆的平衡矩阵 力密度矩阵D＝CTdiag(q)C， C为连接矩阵， 力密度矩阵的元素 求和； 步骤3.2)进行优化结构面的节点向指定曲面投影以实现结构面特定 造型， 包括： 3.2.1)选择任意投影曲面， 将所有步骤二得到的优化结构结构面上弦节点将投影至此 曲面； 3.2.2)通过以下任一 一种方式计算得到投影向量： a)固定投影向量， 即节点 通过该投影向量向指定曲面 直接投影； b)参考点计算投影向量， 即将 从参考点到每个节点的向量作为该节点的投影向量向指 定曲面投影； c)参考轴计算投影向量， 即每个节点向参考轴作垂线得到垂足， 将垂足到该节点的向 量作为投影向量向指定曲面投影； 步骤3.3)根据优化结构面厚度变化步长Ts、 最小厚度Tmin及最大厚度Tmax， 求出导线 份数t＝{Tmin， Tmin+Ts， Tmin+2Ts， …， Tmax}， 进而生成y种不同的下弦优化结构， y＝ (Tmax‑Tmin)/Ts； 步骤3.4)根据定义完成的角点和形心点的厚度系数或母线边上的厚度变化规律， 生成权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115408757 A 2不同厚度角锥或桁架的下弦优化结构； 步骤四、 对下弦优化后结构模型 上分别施加约束和荷载信息， 包括： 步骤4.1)根据节点约束条件以及边上节点间隔数对下弦优化结构模型施加： 节点X向、 Y向和Z向的平动约束与绕X轴 、 Y轴和Z轴的转动约束； 步骤4.2)根据荷载工况及各工况荷载计算方法下弦优化后结构模型的优化结构面施 加荷载； 步骤五、 创建整体优化结构模型， 并进行多区域联动 编辑， 包括： 步骤5.1)根据x种优化结构面和y种下弦优化结构， 创建S个整体优化结构模型， 其中S ＝x*y； 步骤5.2)修改整体优化结构模型的结构面的边份数、 下弦优化结构的厚度， 对模型进 行多区域联动 编辑。 3.根据权利要求2所述的基于边的复杂空间结构模型快速构建实现方法， 其特征是， 所 述的围合结构几何算法是指： 根据边线特 征点首尾排序闭合连接生成面； 所述的回转结构几何算法是指： 每个母线特征点P绕轴线旋转θ后为P( θ )＝P ·MATrot ( θ )， 其中： 回转角 θ∈[ θb， θe]， MATrot为回转矩阵； 所述的扫掠结构几何算法是指： 每个母线特征点P扫掠后为P ′＝P·MATtransf·MATrot· MATscale， 其中： MATtransf为平移矩阵， MATscale为缩放矩阵。 4.根据权利要求2所述的基于边的复杂空间结构模型快速构建实现方法， 其特征是， 所 述的生成优化结构面是指： 根据边份数变化步长Ns、 最小份数Nmin及最大份数Nmax， 求出模 型边份数n＝{Nmin， Nmin+Ns， Nmin+2Ns， …， Nmax}， 进而生成x种优化结构面， x＝(Nmax ‑ Nmin)/Ns。 5.根据权利要求2所述的基于边的复杂空间结构模型快速构建实现方法， 其特征是， 所 述的厚度变化规律是指： 角点和角点构成的线、 角点和形心构成的线以及母线进行厚度的 线性插值 规律； 所述的最优网格划分参数包括： 内网格线形状、 网格线划分数和网格线划分节点； 所述的基本参数包括： 结构的拓扑构型， 即求连接矩阵、 边界约束条件、 平衡 状态内力。 6.根据权利要求1或2所述的基于边的复杂空间结构模型快速构建实现方法， 其特征 是， 所述的载荷包括： 自重、 恒载、 活载、 风载、 温度作用、 水平 地震作用、 竖向地震作用、 吊车 荷载和支座 位移。 7.一种实现上述任一权利要求所述基于边的复杂空间结构模型快速构建实现方法的 系统， 其特征在于， 包括： 优化结构面生 成单元、 网格优化划分单元、 下 弦优化结构生 成单元 和批量整体优化结构生成单元， 其中： 优化结构面生成单元根据绘制且定义完成的所有几 何要素， 采用不同几何算法， 自动生成优化结构面； 网格优化划分单元根据定义完成的边份 数变化步长、 最小份数及最大份数， 对 所有优化结构面进行网格划分优化； 下 弦优化结构生 成单元首先通过找形分析得到优化结构面极小曲面形态， 然后进行节点投影获取下弦方 向， 最后根据不同厚度生成角锥或桁架的下弦优化结构； 批量整体优化结构生成单元在施 加完约束及 荷载后， 根据不同的优化结构面和下弦优化结构， 创建整体优化结构模型。 8.根据权利要求7所述的系统， 其特征是， 所述的优化结构包括： 围合结构、 回转结构和 扫掠结构。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115408757 A 3