一種基于張拉整體原理的懸浮柱狀發(fā)光體系的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于張拉整體原理的懸浮柱狀發(fā)光體系，目前尚無外形為懸浮柱狀的發(fā)光體系；本發(fā)明中的懸浮柱狀發(fā)光體系由若干基本單元豎向疊加組合而成，每個基本單元包含n（n不小于3）根發(fā)光管和3n~7n根拉索，發(fā)光管為離散布置，相互之間無直接聯(lián)系與接觸，拉索為連續(xù)布置，相互連接形成一個閉合的網(wǎng)絡(luò)，拉索可直接作為導(dǎo)線或者作為導(dǎo)線的支承；所有發(fā)光管存在一定的預(yù)壓力，所有拉索存在一定的預(yù)拉力，拉索的預(yù)拉力和發(fā)光管的預(yù)壓力相互平衡；發(fā)光管可以是任意形狀的、通電后可以發(fā)光或者自身可以發(fā)光的物體，所有發(fā)光管猶如懸浮在空中，并整體呈圓柱狀分布。本發(fā)明可用于建筑、雕塑、裝飾、燈具等領(lǐng)域。
【專利說明】一種基于張拉整體原理的懸浮柱狀發(fā)光體系
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于張拉整體原理的懸浮柱狀發(fā)光體系，尤其涉及一種由離散布置的發(fā)光管和連續(xù)布置的導(dǎo)線組成的柱狀發(fā)光體系。
【背景技術(shù)】
[0002]張拉整體是由連續(xù)的受拉單元和間斷的受壓單元所組成的自平衡體系。張拉整體是張力海洋中壓力的孤島，即受壓單元總是被受拉單元所包圍。該類體系的剛度由預(yù)應(yīng)力提供，且系統(tǒng)內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力自我相互平衡，一旦預(yù)應(yīng)力喪失，體系將不再成立。張拉整體體系具有質(zhì)量輕、造型優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)，受到了學(xué)術(shù)及工程界的廣泛關(guān)注。
[0003]傳統(tǒng)上，張拉整體一直被視為一種結(jié)構(gòu)體系，其應(yīng)用領(lǐng)域或潛在的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在結(jié)構(gòu)工程界 ，例如作為大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的索穹頂、懸支穹頂、張弦桁架等新型結(jié)構(gòu)體系均基于一定的張拉整體思想。此外，航空航天領(lǐng)域利用張拉整體的原理提出了可展結(jié)構(gòu)、自適應(yīng)結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)體系；機(jī)械領(lǐng)域的學(xué)者提出了基于張拉整體的可動機(jī)器人的設(shè)想。目前尚無基于張拉整體原理的柱狀發(fā)光體系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于張拉整體原理的懸浮柱狀發(fā)光體系。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種基于張拉整體原理的懸浮柱狀發(fā)光體系，所述柱狀發(fā)光體系由若干基本模塊通過一定的規(guī)則豎向組合而成，且所有節(jié)點(diǎn)位于同一外接圓柱面上。整個柱狀發(fā)光體系的具體組成由以下參數(shù)唯一確定:對應(yīng)的外接圓柱的半徑r、層數(shù)(即基本模塊數(shù))m、單個基本模塊包含的發(fā)光管數(shù)量η、單個基本模塊的高度h、層間重疊率μ以及層間扭轉(zhuǎn)角<?^
[0006]進(jìn)一步地，當(dāng)層數(shù)m = I時，整個柱狀發(fā)光體系由單個獨(dú)立模塊組成，該獨(dú)立模塊包括2n個節(jié)點(diǎn)、η根發(fā)光管和3η根拉索；當(dāng)層數(shù)m = 2時，整個柱狀發(fā)光體系由2個端模塊組成，當(dāng)層數(shù)m > 3時，整個柱狀發(fā)光體系由位于兩端的2個端模塊和位于中間的m-2個中間模塊組成，每個端模塊包括3n個節(jié)點(diǎn)、η根發(fā)光管和5η根拉索，每個中間模塊包括4η個節(jié)點(diǎn)、η根發(fā)光管和7η根拉索。
[0007]進(jìn)一步地，當(dāng)層數(shù)m = I時,所述獨(dú)立模塊的2n個節(jié)點(diǎn)分為兩組,每組η個節(jié)點(diǎn)，其中，底部的η個節(jié)點(diǎn)為一組，編號分別為ΑρΑ2、…、An ;頂部的η個節(jié)點(diǎn)為一組，編號分別為B1、B2、…、Bn。節(jié)點(diǎn)Ai和節(jié)點(diǎn)Bi之間連接發(fā)光管AiBi,其中下標(biāo)i = 1、2、…、η ;連接節(jié)點(diǎn)Ai和節(jié)點(diǎn)Ai+1的拉索、連接節(jié)點(diǎn)An和節(jié)點(diǎn)A1的拉索、連接節(jié)點(diǎn)Bi和節(jié)點(diǎn)Bi+1的拉索、連接節(jié)點(diǎn)Bn和節(jié)點(diǎn)B1的拉索稱為水平索，其中下標(biāo)i = 2、3、…、n-Ι ;連接節(jié)點(diǎn)Ai和節(jié)點(diǎn)B1-!的拉索以及連接節(jié)點(diǎn)A1和節(jié)點(diǎn)Bn的拉索稱為豎索,其中下標(biāo)i = 2、3、…、η ;頂面正η邊形與底面正η邊形的相對扭轉(zhuǎn)角-滿足如下方程:
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種基于張拉整體原理的懸浮柱狀發(fā)光體系，其特征在于，所述柱狀發(fā)光體系由若干基本模塊通過一定的規(guī)則豎向組合而成，且所有節(jié)點(diǎn)位于同一外接圓柱面上。整個柱狀發(fā)光體系的具體組成由以下參數(shù)唯一確定:對應(yīng)的外接圓柱的半徑r、層數(shù)(即基本模塊數(shù))m、單個基本模塊包含的發(fā)光管數(shù)量η、單個基本模塊的高度h、相鄰基本模塊組合時的重疊率μ以及發(fā)光管上下節(jié)點(diǎn)的相對扭轉(zhuǎn)角
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述懸浮柱狀發(fā)光體系，其特征在于，當(dāng)層數(shù)m= I時，整個柱狀發(fā)光體系由單個獨(dú)立模塊組成，該獨(dú)立模塊包括2n個節(jié)點(diǎn)、η根發(fā)光管和3η根拉索；當(dāng)層數(shù)m=2時，整個柱狀發(fā)光體系由2個端模塊組成，當(dāng)層數(shù)m > 3時，整個柱狀發(fā)光體系由位于兩端的2個端模塊和位于中間的m-2個中間模塊組成，每個端模塊包括3n個節(jié)點(diǎn)、η根發(fā)光管和5η根拉索，每個中間模塊包括4η個節(jié)點(diǎn)、η根發(fā)光管和7η根拉索。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述懸浮柱狀發(fā)光體系，其特征在于，當(dāng)層數(shù)m= I時，所述獨(dú)立模塊的2n個節(jié)點(diǎn)分為兩組，每組η個節(jié)點(diǎn)，其中，底部的η個節(jié)點(diǎn)為一組，編號分別為A1'Α2、…、An;頂部的η個節(jié)點(diǎn)為一組，編號分別為Β2、…、Βη。節(jié)點(diǎn)Ai和節(jié)點(diǎn)Bi之間連接發(fā)光管AiBi,其中下標(biāo)i = 1、2、…、η ;連接節(jié)點(diǎn)Ai和節(jié)點(diǎn)Ai+1的拉索、連接節(jié)點(diǎn)An和節(jié)點(diǎn)A1的拉索、連接節(jié)點(diǎn)Bi和節(jié)點(diǎn)Bi+1的拉索以及連接節(jié)點(diǎn)Bn和節(jié)點(diǎn)B1的拉索稱為水平索，其中下標(biāo)i = 2、3、…、η-1 ;連接節(jié)點(diǎn)Ai和節(jié)點(diǎn)B^1的拉索以及連接節(jié)點(diǎn)A1和節(jié)點(diǎn)Bn的拉索稱為豎索，其中下標(biāo)i = 2、3、…、η。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述懸浮柱狀發(fā)光體系，其特征在于，當(dāng)層數(shù)m> 2時，所述端部模塊的3n個節(jié)點(diǎn)分為三組，每組η個節(jié)點(diǎn)，其中，底部的η個節(jié)點(diǎn)為一組，編號分別為ApA2,…、An;頂部的與發(fā)光管相連的η個節(jié)點(diǎn)為一組，編號分別為VB2、…、Bn;頂部的其他η個節(jié)點(diǎn)為一組，編號分別為C1X2'…、Cn。節(jié)點(diǎn)Ai和節(jié)點(diǎn)Bi之間連接發(fā)光管AiBi,其中下標(biāo)i = 1、2、…、η ;連 接節(jié)點(diǎn)Ai和節(jié)點(diǎn)Ai+1的拉索以及連接節(jié)點(diǎn)An和節(jié)點(diǎn)A1的拉索稱為水平索，其中下標(biāo)i = 1、2、…、η-1 ;連接節(jié)點(diǎn)Bi和節(jié)點(diǎn)Ci的拉索稱為鞍索，其中下標(biāo)i =1、2、…、η ;連接節(jié)點(diǎn)Ci和節(jié)點(diǎn)Bi+1的拉索以及連接節(jié)點(diǎn)Cn和節(jié)點(diǎn)B1的拉索也稱為鞍索，其中下標(biāo)i = 2、3、…、η-1 ;連接節(jié)點(diǎn)Ai和節(jié)點(diǎn)B^1的拉索以及連接節(jié)點(diǎn)A1和節(jié)點(diǎn)Bn的拉索稱為豎索，其中下標(biāo)i = 2、3、…、η ;連接節(jié)點(diǎn)Ai和節(jié)點(diǎn)Cp1的拉索以及連接節(jié)點(diǎn)A1和節(jié)點(diǎn)Cn的拉索稱為斜索，其中下標(biāo)i = 2、3、…、η。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述懸浮柱狀發(fā)光體系，其特征在于，當(dāng)層數(shù)m> 3時，所述中間模塊的4n個節(jié)點(diǎn)分為四組，每組η個節(jié)點(diǎn)，其中，底部的與發(fā)光管相連的η個節(jié)點(diǎn)為一組，編號分別為C1'C2'…、Cn’ ；底部的其他η個節(jié)點(diǎn)為一組,編號分別為B/、B2’、…、Bn’ ；頂部的與發(fā)光管相連的η個節(jié)點(diǎn)為一組，編號分別為C/’、C2”、…、Cn” ;頂部的其他η個節(jié)點(diǎn)為一組，編號分別為B1 ”、Β2”、…、B/。節(jié)點(diǎn)C/和節(jié)點(diǎn)C/’之間連接發(fā)光管C/ C/’，其中下標(biāo)i = 1、2、…、η ;連接節(jié)點(diǎn)C/和節(jié)點(diǎn)B/的拉索和連接節(jié)點(diǎn)C/’和節(jié)點(diǎn)Β/’的拉索稱為鞍索，其中下標(biāo)i = 1、2、…、η ;連接節(jié)點(diǎn)B/和節(jié)點(diǎn)Ci+1’的拉索、連接節(jié)點(diǎn)Bn’和節(jié)點(diǎn)C/的拉索、連接節(jié)點(diǎn)B/’和節(jié)點(diǎn)Ci+1 ”的拉索以及連接節(jié)點(diǎn)Bn”和節(jié)點(diǎn)C/’的拉索也稱為鞍索，其中下標(biāo)i = 2、3、…、η-1 ;連接節(jié)點(diǎn)C/和節(jié)點(diǎn)Cp1 ”的拉索以及連接節(jié)點(diǎn)C/和節(jié)點(diǎn)Cn”的拉索稱為豎索，其中下標(biāo)i = 2、3、…、η ;連接節(jié)點(diǎn)B/和節(jié)點(diǎn)C/’的拉索稱為斜索，其中下標(biāo)i = 1、2、…、η ;連接節(jié)點(diǎn)C/和節(jié)點(diǎn)Bh”的拉索、連接節(jié)點(diǎn)C/和節(jié)點(diǎn)Βη”的拉索也稱為斜索，其中下標(biāo)i = 2、3、…、η。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述懸浮柱狀發(fā)光體系，其特征在于，當(dāng)層數(shù)m= 2時，2個端模塊通過如下方式組合在一起:將第一層的模塊和第二層的模塊分別表示為①號端模塊和②號端模塊，①號端模塊的節(jié)點(diǎn)與②號端模塊的節(jié)點(diǎn)C2，n_i+1重合，合并為層間節(jié)點(diǎn)ΡΜ，②號端模塊的節(jié)點(diǎn)B。與①號端模塊的節(jié)點(diǎn)重合，合并為層間節(jié)點(diǎn)QM，相應(yīng)地，①號端模塊的2n根鞍索和②號端模塊的2n根鞍索兩兩重合，合并為層間節(jié)點(diǎn)Pm和Qm之間的2n根新的鞍索。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述懸浮柱狀發(fā)光體系，其特征在于，當(dāng)層數(shù)m> 3時，m個基本模塊通過如下方式組合在一起:自下而上將m個基本模塊依次分別表示為①號模塊、②號模塊、…、m號模塊,其中,①號模塊和m號模塊為端模塊,②號模塊至m-Ι號模塊為中間模塊；①號模塊的節(jié)點(diǎn)與②號模塊的節(jié)點(diǎn)C2，n_i+1’重合，合并為層間節(jié)點(diǎn)Pu，②號模塊的節(jié)點(diǎn)B?！c①號模塊的節(jié)點(diǎn)重合，合并為層間節(jié)點(diǎn)Qu，相應(yīng)地，①號模塊節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)Cm之間的2n根鞍索和②號模塊節(jié)點(diǎn)B?！凸?jié)點(diǎn)C?！g的2n根鞍索兩兩重合，合并為層間節(jié)點(diǎn)Pm和Qm之間的2n根新的鞍索，其中下標(biāo)i = 1、2、…、n ；j號模塊的節(jié)點(diǎn)B」，/’與j+Ι號模塊的節(jié)點(diǎn)重合，合并為層間節(jié)點(diǎn)Pu，j+Ι號模塊的節(jié)點(diǎn)Β~’與j號模塊的節(jié)點(diǎn)qn_i+1 ”重合，合并為層間節(jié)點(diǎn)Qy，相應(yīng)地，j號模塊節(jié)點(diǎn)By”和節(jié)點(diǎn)Cy”之間的2n根鞍索和j+Ι號模塊節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)Cj+1，/之間的2n根鞍索兩兩重合，合并為層間節(jié)點(diǎn)Pj，i和Qu之間的2n根新的鞍索,其中下標(biāo)i = 1、2、…、n, j = 2、3、…、m_2 ;m-1號模塊的節(jié)點(diǎn)B1^i”與m號模塊的節(jié)點(diǎn)Cm，n_i+1重合，合并為層間節(jié)點(diǎn)Ρπ_Μ，πι號模塊的節(jié)點(diǎn)Bnu與m-Ι號模塊的節(jié)點(diǎn)”重合，合并為層間節(jié)點(diǎn)(Ui，相應(yīng)地，m-Ι號模塊節(jié)點(diǎn)j”和節(jié)點(diǎn)C1^ i ”之間的2n根鞍索和m號模塊節(jié)點(diǎn)Bm，^和節(jié)點(diǎn)Cm，^之間的2n根鞍索兩兩重合，合并為層間節(jié)點(diǎn)P1^jP Qm-U之間的2n根新的鞍索，其中下標(biāo)i = 1、2、…、η。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述懸浮柱狀發(fā)光體系，其特征在于，所述懸浮發(fā)光體系中所有發(fā)光管的長度相等，所有的水平索的長度相等，所有豎索的長度相等，所有斜索的長度相等，所有鞍索的長度相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述懸浮柱狀發(fā)光體系，其特征在于，所述發(fā)光管可以是任意形狀的、通電后可以發(fā)光或者自身可以發(fā)光的物體，所述拉索可以直接作為導(dǎo)線或者作為導(dǎo)線的支承。
【文檔編號】F21V19/00GK103939783SQ201410188448
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】王暉, 許賢, 羅堯治 申請人:浙江大學(xué)