一种基于张拉整体原理的悬浮柱状发光体系的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于张拉整体原理的悬浮柱状发光体系，目前尚无外形为悬浮柱状的发光体系；本发明中的悬浮柱状发光体系由若干基本单元竖向叠加组合而成，每个基本单元包含n（n不小于3）根发光管和3n~7n根拉索，发光管为离散布置，相互之间无直接联系与接触，拉索为连续布置，相互连接形成一个闭合的网络，拉索可直接作为导线或者作为导线的支承；所有发光管存在一定的预压力，所有拉索存在一定的预拉力，拉索的预拉力和发光管的预压力相互平衡；发光管可以是任意形状的、通电后可以发光或者自身可以发光的物体，所有发光管犹如悬浮在空中，并整体呈圆柱状分布。本发明可用于建筑、雕塑、装饰、灯具等领域。
【专利说明】一种基于张拉整体原理的悬浮柱状发光体系
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于张拉整体原理的悬浮柱状发光体系，尤其涉及一种由离散布置的发光管和连续布置的导线组成的柱状发光体系。
【背景技术】
[0002]张拉整体是由连续的受拉单元和间断的受压单元所组成的自平衡体系。张拉整体是张力海洋中压力的孤岛，即受压单元总是被受拉单元所包围。该类体系的刚度由预应力提供，且系统内部的预应力自我相互平衡，一旦预应力丧失，体系将不再成立。张拉整体体系具有质量轻、造型优美等优点，受到了学术及工程界的广泛关注。
[0003]传统上，张拉整体一直被视为一种结构体系，其应用领域或潜在的应用领域主要集中在结构工程界 ，例如作为大跨度屋盖结构的索穹顶、悬支穹顶、张弦桁架等新型结构体系均基于一定的张拉整体思想。此外，航空航天领域利用张拉整体的原理提出了可展结构、自适应结构等新型结构体系；机械领域的学者提出了基于张拉整体的可动机器人的设想。目前尚无基于张拉整体原理的柱状发光体系。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于张拉整体原理的悬浮柱状发光体系。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种基于张拉整体原理的悬浮柱状发光体系，所述柱状发光体系由若干基本模块通过一定的规则竖向组合而成，且所有节点位于同一外接圆柱面上。整个柱状发光体系的具体组成由以下参数唯一确定:对应的外接圆柱的半径r、层数(即基本模块数)m、单个基本模块包含的发光管数量η、单个基本模块的高度h、层间重叠率μ以及层间扭转角<?^
[0006]进一步地，当层数m = I时，整个柱状发光体系由单个独立模块组成，该独立模块包括2n个节点、η根发光管和3η根拉索；当层数m = 2时，整个柱状发光体系由2个端模块组成，当层数m > 3时，整个柱状发光体系由位于两端的2个端模块和位于中间的m-2个中间模块组成，每个端模块包括3n个节点、η根发光管和5η根拉索，每个中间模块包括4η个节点、η根发光管和7η根拉索。
[0007]进一步地，当层数m = I时,所述独立模块的2n个节点分为两组,每组η个节点，其中，底部的η个节点为一组，编号分别为ΑρΑ2、…、An ;顶部的η个节点为一组，编号分别为B1、B2、…、Bn。节点Ai和节点Bi之间连接发光管AiBi,其中下标i = 1、2、…、η ;连接节点Ai和节点Ai+1的拉索、连接节点An和节点A1的拉索、连接节点Bi和节点Bi+1的拉索、连接节点Bn和节点B1的拉索称为水平索，其中下标i = 2、3、…、n-Ι ;连接节点Ai和节点B1-!的拉索以及连接节点A1和节点Bn的拉索称为竖索,其中下标i = 2、3、…、η ;顶面正η边形与底面正η边形的相对扭转角-满足如下方程:
[0008]
【权利要求】
1.一种基于张拉整体原理的悬浮柱状发光体系，其特征在于，所述柱状发光体系由若干基本模块通过一定的规则竖向组合而成，且所有节点位于同一外接圆柱面上。整个柱状发光体系的具体组成由以下参数唯一确定:对应的外接圆柱的半径r、层数(即基本模块数)m、单个基本模块包含的发光管数量η、单个基本模块的高度h、相邻基本模块组合时的重叠率μ以及发光管上下节点的相对扭转角
2.根据权利要求1所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，当层数m= I时，整个柱状发光体系由单个独立模块组成，该独立模块包括2n个节点、η根发光管和3η根拉索；当层数m=2时，整个柱状发光体系由2个端模块组成，当层数m > 3时，整个柱状发光体系由位于两端的2个端模块和位于中间的m-2个中间模块组成，每个端模块包括3n个节点、η根发光管和5η根拉索，每个中间模块包括4η个节点、η根发光管和7η根拉索。
3.根据权利要求1所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，当层数m= I时，所述独立模块的2n个节点分为两组，每组η个节点，其中，底部的η个节点为一组，编号分别为A1'Α2、…、An;顶部的η个节点为一组，编号分别为Β2、…、Βη。节点Ai和节点Bi之间连接发光管AiBi,其中下标i = 1、2、…、η ;连接节点Ai和节点Ai+1的拉索、连接节点An和节点A1的拉索、连接节点Bi和节点Bi+1的拉索以及连接节点Bn和节点B1的拉索称为水平索，其中下标i = 2、3、…、η-1 ;连接节点Ai和节点B^1的拉索以及连接节点A1和节点Bn的拉索称为竖索，其中下标i = 2、3、…、η。
4.根据权利要求1所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，当层数m> 2时，所述端部模块的3n个节点分为三组，每组η个节点，其中，底部的η个节点为一组，编号分别为ApA2,…、An;顶部的与发光管相连的η个节点为一组，编号分别为VB2、…、Bn;顶部的其他η个节点为一组，编号分别为C1X2'…、Cn。节点Ai和节点Bi之间连接发光管AiBi,其中下标i = 1、2、…、η ;连 接节点Ai和节点Ai+1的拉索以及连接节点An和节点A1的拉索称为水平索，其中下标i = 1、2、…、η-1 ;连接节点Bi和节点Ci的拉索称为鞍索，其中下标i =1、2、…、η ;连接节点Ci和节点Bi+1的拉索以及连接节点Cn和节点B1的拉索也称为鞍索，其中下标i = 2、3、…、η-1 ;连接节点Ai和节点B^1的拉索以及连接节点A1和节点Bn的拉索称为竖索，其中下标i = 2、3、…、η ;连接节点Ai和节点Cp1的拉索以及连接节点A1和节点Cn的拉索称为斜索，其中下标i = 2、3、…、η。
5.根据权利要求1所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，当层数m> 3时，所述中间模块的4n个节点分为四组，每组η个节点，其中，底部的与发光管相连的η个节点为一组，编号分别为C1'C2'…、Cn’ ；底部的其他η个节点为一组,编号分别为B/、B2’、…、Bn’ ；顶部的与发光管相连的η个节点为一组，编号分别为C/’、C2”、…、Cn” ;顶部的其他η个节点为一组，编号分别为B1 ”、Β2”、…、B/。节点C/和节点C/’之间连接发光管C/ C/’，其中下标i = 1、2、…、η ;连接节点C/和节点B/的拉索和连接节点C/’和节点Β/’的拉索称为鞍索，其中下标i = 1、2、…、η ;连接节点B/和节点Ci+1’的拉索、连接节点Bn’和节点C/的拉索、连接节点B/’和节点Ci+1 ”的拉索以及连接节点Bn”和节点C/’的拉索也称为鞍索，其中下标i = 2、3、…、η-1 ;连接节点C/和节点Cp1 ”的拉索以及连接节点C/和节点Cn”的拉索称为竖索，其中下标i = 2、3、…、η ;连接节点B/和节点C/’的拉索称为斜索，其中下标i = 1、2、…、η ;连接节点C/和节点Bh”的拉索、连接节点C/和节点Βη”的拉索也称为斜索，其中下标i = 2、3、…、η。
6.根据权利要求1所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，当层数m= 2时，2个端模块通过如下方式组合在一起:将第一层的模块和第二层的模块分别表示为①号端模块和②号端模块，①号端模块的节点与②号端模块的节点C2，n_i+1重合，合并为层间节点ΡΜ，②号端模块的节点B。与①号端模块的节点重合，合并为层间节点QM，相应地，①号端模块的2n根鞍索和②号端模块的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点Pm和Qm之间的2n根新的鞍索。
7.根据权利要求1所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，当层数m> 3时，m个基本模块通过如下方式组合在一起:自下而上将m个基本模块依次分别表示为①号模块、②号模块、…、m号模块,其中,①号模块和m号模块为端模块,②号模块至m-Ι号模块为中间模块；①号模块的节点与②号模块的节点C2，n_i+1’重合，合并为层间节点Pu，②号模块的节点B。’与①号模块的节点重合，合并为层间节点Qu，相应地，①号模块节点和节点Cm之间的2n根鞍索和②号模块节点B。’和节点C。’之间的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点Pm和Qm之间的2n根新的鞍索，其中下标i = 1、2、…、n ；j号模块的节点B」，/’与j+Ι号模块的节点重合，合并为层间节点Pu，j+Ι号模块的节点Β~’与j号模块的节点qn_i+1 ”重合，合并为层间节点Qy，相应地，j号模块节点By”和节点Cy”之间的2n根鞍索和j+Ι号模块节点和节点Cj+1，/之间的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点Pj，i和Qu之间的2n根新的鞍索,其中下标i = 1、2、…、n, j = 2、3、…、m_2 ;m-1号模块的节点B1^i”与m号模块的节点Cm，n_i+1重合，合并为层间节点Ρπ_Μ，πι号模块的节点Bnu与m-Ι号模块的节点”重合，合并为层间节点(Ui，相应地，m-Ι号模块节点j”和节点C1^ i ”之间的2n根鞍索和m号模块节点Bm，^和节点Cm，^之间的2n根鞍索两两重合，合并为层间节点P1^jP Qm-U之间的2n根新的鞍索，其中下标i = 1、2、…、η。
8.根据权利要求1所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，所述悬浮发光体系中所有发光管的长度相等，所有的水平索的长度相等，所有竖索的长度相等，所有斜索的长度相等，所有鞍索的长度相等。
9.根据权利要求1所述悬浮柱状发光体系，其特征在于，所述发光管可以是任意形状的、通电后可以发光或者自身可以发光的物体，所述拉索可以直接作为导线或者作为导线的支承。
【文档编号】F21V19/00GK103939783SQ201410188448
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】王晖, 许贤, 罗尧治 申请人:浙江大学