无须编程设计鳞甲反光杯教程

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1、无须编程设计鳞甲反光杯教程(2)济南大学物理科学与技术学院苏永道一、公式推导设为自变量,为因变量,则抛物线方程,式中,为抛物线的焦距,绕z轴旋转一周即为抛物面,故就是抛物面反光杯的焦距。由抛物线方程可以得到,在距离坐标原点z处抛物面横截面的半径为(即z点对应抛物面母线上一点的高度y),设第一个横截面(如的横截面)的半径为,则横截面的周长为.假如在该周长放置个鳞片,则每个鳞片的线度(“直径”)为.(1)为了使鳞片排列成近似正六边形和近似正方形,在圆周上排列的两相邻鳞片须重叠一半,为达到这一要求,即以为半径(不是以它为直径)在曲率半径为R的球体

2、上截取鳞片,球体的曲率半径R越大,截取的鳞片越薄,反光杯发光角度就越小,反之发光角度越大,见图1;同时还要保证在沿z轴方向增加后,抛物面母线增加了,则增加,即,只有使,纵向排列的两相邻鳞片在母线上也会重叠一半,见图2。由图2几何关系可知:,(2).(3)由抛物线方程求导取有限量得:,(求导)(4)将式(4)代入式(3)得:.(5)展开式(5)得改写为:.(6)式中,,,。只要给出焦距的值,则为已知;值给出后,也就知道了,与每个圆周上贴的鳞片数量n有关,只要鳞片数量确定了,也就确定了。代入上述一元二次方程就可就可以求出,由此得到,把代入抛物线

3、方程又求出了,。可得到:,由抛物线方程求导得到的可知抛物面上每个坐标点的斜率为.第二个鳞片比第一个鳞片放大了倍.坐标、放大倍率和倾斜角度都是已知数,把鳞片按放大倍率放大后,在对话框输入坐标值就可把第二个鳞片放在应有的位置。其他依次类推,都可以准确无误地放置在他们应有的位置。为了发挥电脑的计算功能,把上述公式输入到Excel表格中,根据焦f、设置初始z值和每个圆周鳞片数n,就可自动计算出沿抛物面母线上每个鳞片的坐标位置,鳞片的放大率、鳞片倾角等数值。二、设计步骤步骤一:插入半径R=10mm(或15mm,20mm等)的球体,再插入半径r=2.5

4、133mm圆柱(第一个鳞片对应的半径),移动圆柱,让圆柱横截面的圆周正好与球面相交,二者交集得到曲率半径为R的鳞片,见图3。图3(a)插入球体图3(b)插入圆柱图3(c)二者交集后得到的鳞片步骤二:移动鳞片到坐标原点,并旋转90度,见图4。图4移动到坐标原点并旋转90度鳞片步骤三:给鳞片编号。给图3鳞片编为“鳞片1”,选中“鳞片1”,然后复制、粘贴,把粘贴的鳞片编为“鳞片2”。选中“鳞片2”,在界面中击右键出现带有“缩放”的对话框,点击后在缩放倍率里边黏贴电子表格鳞片序号为2的放大率β值,点击应用;然后复制粘贴“鳞片2”,把粘贴的“鳞片2”

5、编为“鳞片3”,选中“鳞片3”,在界面中击右键出现带有“缩放”的对话框,点击后在缩放倍率里边黏贴电子表格鳞片序号为2的放大率β值,点击应用。以此类推,直到需要的反光杯深度为止(一般要复制放大十几到二十几片鳞甲)。在此作为演示稿只复制、粘贴和放大了10个鳞片,如图5所示。图5(a)对复制编号为“鳞片2”的鳞片放大1.09318倍(电子表格中的β值)图5(b)复制、粘贴和放大的10个鳞片编号图5(c)复制、粘贴和放大的10个鳞片轮廓图步骤四:选中“鳞片1”,在界面中击右键点击旋转,设置为绕x轴旋转,把对话框里边输入负号,复制电子表格鳞片序号为1

6、的“鳞片倾角α”值45度(或输入45度),点击应用,再从界面击右键点击“移动”,在移动坐标中的y和z中分别复制、粘贴电子表格中序号为1的鳞片两个坐标值,点击应用就跳到它在抛物面的母线应有位置,对鳞片2-10都这样操作后,所有鳞片都有序的排列到抛物线母线上。如图6所示。图6(a)鳞片1移动图示图6(b)鳞片1-10都旋转、移动到了抛物面母线上轮廓图图6(c)着色后的排列图示步骤五:对四边形鳞甲把10个鳞片并集,复制、粘贴,按360÷50=7.2度绕z轴旋转,再不断复制、粘贴旋转,直到布满圆周为止,则可得到四边形鳞甲反光杯。对于六边形的鳞甲反光

7、杯,可以对鳞片奇数号并集、偶数号并集,然后选择其一绕z轴旋转7.2÷2=3.6度,再把二者并集,按四边形的复制、粘贴旋转就可得到六边形鳞甲反光杯。如图7所示。图7(a)四边形鳞甲反光杯图6(b)六边形鳞甲反光杯步骤六:再用同焦距、长度和厚度合适抛物体与鳞甲并集,修正外表面就大功告成了,剩下的问题就是表面特性设置大家都会,不再赘述。说明:1、该方法练习一到两遍,就可在6分钟之内设计一款鳞甲反光杯;2、利用该教程理论公式编程后可以生成抛物面母线网格,也可以直接生成鳞甲反光杯;3、该方法不一定很成熟,还可能存在许多不足之处。

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