[发明专利]有限元仿真太阳光线遮蔽计算方法

摘要

本发明提供一种有限元仿真太阳光线遮蔽计算方法，是以传统的遮蔽算法为基础，结合有限元算法的特点，采用筛选排除的方法判断有限元节点发出与太阳光线角度大小相等且方向相反的光线是否被建筑物遮蔽，进而计算有限元模型表面各个有限元节点是否被太阳照射，实现上依次利用向量基本特性判断法、坐标值对比法、面积法判断，筛选有限元模型各表面是否为遮蔽面。本发明的方法充分结合有限元网格，特别是高拱坝温控防裂模型网格的特点，可迅速求解太阳辐射的影响，算法实现简单、计算高效，实用性强，应用于实际工程的相关计算中，仿真计算准确，能够为工程应用提供科学合理的数据支持基础。

主权项

1.一种有限元仿真太阳光线遮蔽计算方法，其特征在于，包括：S1：确定有限元模型，该有限元模型的表面由若干四边形或三角形构成，定义该三角形为两个节点重合的四边形；S2：对于每个四边形，根据其四个节点的三维坐标，分别确定四个节点分别在x、y、z方向上的最大值mai和最小值mni；其中，i＝1，2，3，i＝1表示x方向，i＝2表示y方向，i＝3表示z方向；S3：应用向量基本特性判断法判断有限元模型表面是否为遮蔽面；该向量基本特性判断法为：太阳光线被有限元模型表面的四边形S遮蔽而不能到达有限元节点k点的必要条件为：即，不满足式(5)所示条件的面确定不是k点的遮蔽面；其中，i＝1，2，3时，ai分别表示太阳光线在x、y、z方向上的分向量；S4：对于满足式(5)所示条件的面，应用坐标值对比法判断有限元模型表面是否为遮蔽面；该坐标值对比法为：太阳光线被四边形S遮蔽而不能到达k点的必要条件为：mni≤ti≤mai  (9)即，不满足式(9)所示条件的面确定不是k点的遮蔽面；其中，i＝1，2，3时，ti分别表示从k点发出的与太阳光线角度大小相等方向相反的光线与四边形S所在平面的交点在x、y、z方向上的坐标；其中，该光线和四边形S所在平面的内交点和外交点为光线和四边形S所在平面的交点；S5：对于满足式(9)所示条件的面，应用面积法判断有限元模型表面是否为遮蔽面；该面积法为：由p1、p2、p3组成的三角形的面积为st1，由点t、p1、p2组成的三角形的面积为A11，由t、p2、p3组成的三角形的面积为A12，由t、p1、p3组成的三角形的面积为A13；则，太阳光线被四边形S遮蔽而无法到达k点的充分条件为：st1＝A11+A12+A13  (11)即，满足式(11)所示条件的面为k点的遮蔽面；对于不满足式(11)所示条件的面，则继续进行以下判断：由p1、p3、p4组成的三角形的面积为st2；由点t、p1、p3组成的三角形的面积为A21，由t、p3、p4组成的三角形的面积为A22，由t、p1、p4组成的三角形的面积为A23；则，太阳光线被四边形S遮蔽而无法到达k点的充分条件为：st2＝A21+A22+A23  (12)即，满足式(12)所示条件的面为k点的遮蔽面；对于既不满足式(11)也不满足式(12)所示条件的面，确定该面不是节点k的遮蔽面。