(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 202210600094.0 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 中铁建设集团有限公司 地址 100043 北京市石景山区石景山路20 号 (72)发明人 张学玲　吕胜凯　张一平　 (74)专利代理 机构 北京纽乐康知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11210 专利代理师 苏泳生 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种可约束构件长度的网壳结构找形方法 (57)摘要 本发明公开了一种可约束构件长度的网壳 结构找形方法， 该方法包括以下步骤： S1建立初 始模型； S2建立并求解移动方程； S3更新形状控 制变量； S4检验势能增量是否满足收敛条件； S5 检验结构形状是否满足建筑意图。 该方法根据机 构在荷载作用下改变其形状， 达到机构势能最小 状态时停留的机构性质， 建立了适用于网壳结构 的形态创建方法， 通过建模计算保证造型的结构 力学与建筑美学， 实现建筑设计中复杂曲面造型 设计与构 件几何约束功能， 对于建筑的设计与施 工具有重要意 义。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115238535 A 2022.10.25 CN 115238535 A 1.一种可约束构件长度的网壳结构找形 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1建立初始模型； S2建立并求 解移动方程； S3更新形状控制变量； S4检验势能增量是否满足收敛 条件； S5检验结构形状是否满足建筑意图： 如满足则形态创构结束， 如不满足则实施形状控 制策略， 重新进入S1。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述S1具体包括： 机构形状变化方程的建 立， 机构在外力作用下改变原来的状态往自平衡状态演变， 在这演变过程中机构状态的移 动近似于刚体的移动。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述S2具体包括： 以杆件组总长度不变为 条件建立机构移形方程， 在一个以铰接方式连接的刚性杆件所组成的网状模型， 共有m条杆 件， 此时第i条 杆件长度l i可由下式确定： 式(1)中， Qi1、 Qi2为i个杆件两端节点 坐标向量， 即 Qik＝[xik， yik， Zik]T (k＝1， 2)    (2)； 对式(1)关于参数变量t取微分可以得到： 式(3)中λi为第i杆件的方向余弦， 由m个杆 单元的长度组成的向量定义 为L， 即 L＝[l1 l2 L lm]T    (4)； 消除被固定的约束处坐标向量与所对应的系数向量， 可 得出以下方程： 机构的自由度数为n， 杆件数为m， 则B为(m， n)型矩阵， 而方程(5)表示网状模型在几何 形状变化的过程中， 节点坐标向量变化率与杆件长度变化率的关系， 约束 所有杆件长度， 则 其变化率为0， 则 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述S3具体包括： 根据广义逆矩阵理论 [11]， 式(6)有解并利用任意向量 可由下式表达： 设[In‑B‑B]的秩为p， 则上式系数矩阵的秩p为： p＝rank(In‑B‑B)＝n‑γ    (8)； 秩p表示微小位移的范围内的刚体移动自由度数， 也表明存在p个线[0025]形无关向 量， 式(8)可用下式表示： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115238535 A 2式中h1， h2，…， hp为矩阵[Iβ‑B‑B]的p个独立列向量， 模型势能最小化， 机构模型势能逐渐下降并趋 于稳定， 即 Ep(Q0)＞Ep(Q1)…＞Ep(Qi)…＞Ep(Qs)    (10)； 机构在第i状态改变到第(i+1)状态时， 表不机构状态的节点 坐标向量 集合为 Qi+1＝Qi+ΔQi    (11)； 两种状态下的机构势能有以下的关系： Ep(Qi+1)＝Ep(Qi)+ΔEp(Qi)    (12)； 式中ΔEp(Pi)i为势能的变化量， 相当于荷载在可能位移方向上所作的功， 荷载向量设 定为F时， 势能变化 量可以写成 将式(9)代入(13)得到 势能增量是移形模态系数向量α 的函数， 为保证势能下降， 采用梯度法 上式代入(16)并整理可得出势能变化量的表达式式中α Δt为给定的正的参数， 上式保 证了机构势能的减少， 也表明了当机构达 到势能最小值时， 移形模态与力正交的几何特性。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述S4具体包括： 当势能增量小于某一阈 值时， 可以认为模型达 到稳定状态， 即 式(16)中ΔEpo、 ΔEpi分别为初始步与第i迭代步的势能增量， ε＞0为收敛准则控制阈 值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115238535 A 3