스플라인 곡선을 이용한 막구조물의 재단도 작성에 관한 연구

Abstract

막 구조물은 일반적인 설계와는 달리 형상해석, 응력변형해석 및 재단도 과정을 수행하여야만 설계가 가능하다. 처음 두 과정과는 달리 재단은 3차원 곡면을 최소 오차를 가진 평면 스트립을 형성하는 과정이다. 경제적인 이유로 재단 선은 주로 측지선을 이용하여 작성된다. 그러나 일반적으로 측지선은 초기 형상탐색에서 구성된 삼각형 요소의 정보에서 추출됨으로 부드러운 곡선이 아니며, 불규칙한 직선이다. 그러므로 어떻게 불규칙한 직선을 곡선으로 표현할 것인가가 중요하다. 따라서 본 연구에서는 스플라인 함수를 이용한 보간 방법을 재단도 생성에 적용하였다. 이를 위해서 삼차 스플라인 함수, B-스플라인 함수 및 최소자승 스플라인 함수의 세 가지 경우에 대해서 고찰하고, 단순 모델 및 카테나리 모델을 대상으로 재단도 작성 결과를 검토하였다. 단순모델의 해석요소수와 추출된 불연속 절점 수에 따른 보간 곡선 비교결과는 요소수가 큰 경우 추출된 절점의 수가 적은 것이 효과적이며, 최소자승 보간이 다른 방법보다 더 부드러운 재단 경계선을 제공한다. For membrane structure, there are three main steps in design and construction, which are form finding, statistical load analysis, and cutting patterning. Unlike the first two stages, the step of cutting pattern involves the translation of a double-curved surface in 3D space into a 2D plane with minimal error. For economic reasons, the seam lines of generated cutting patterns rely greatly on the geodesic line. Generally, as searching regions of the seam line are plane elements in the step of shape analysis, the seam line is not a smooth curve, but an irregularly divided straight line. So, it is how we make an irregularly divided straight line a smooth curve that defines the quality of the pattern. Accordingly, in this paper, we analyzed interpolation schemes using spline, and apply these methods to cutting pattern generation on the curved surface. To generate the pattern, three types of spline functions were used, i.e., cubic spline function, B-spline, and least-square spline approximation, and simple model and the catenary-shaped membrane was adopted to examine the result of generation. The result of comparing the approximation curves by the number of elements and the number of extracted nodes of simple model revealed that the seam line for less number of extracted nodes with large number of elements were more efficient, and the least-square spline approximation provided smoother seam line than other methods.