裝配的液艙三維建模與仿真

1、裝配的液艙三維建模與仿真裝配的液艙三維建模與仿真作者：來源：CAD世界網(wǎng)發(fā)表時間：20060815瀏覽次數(shù)：5字號：大中小一、引言一、引言液艙是國際間石油、化工等產(chǎn)品貿(mào)易結(jié)算、運輸費結(jié)算的主要計量器具之一，也是國內(nèi)液貨貿(mào)易交接的重要計量器具。當(dāng)前，國家計量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的計算不確定度為小于0.2%，但這樣的計量標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重滯后于市場的需求。例如一條15萬噸的油輪，按照當(dāng)前汽油價格3210元噸，每個航次會給用戶帶來大約96萬元的損失。因此對新建、改

2、建和使用中的各類船舶進行準(zhǔn)確的液艙容量檢定，直接關(guān)系到我國國內(nèi)外貿(mào)易的經(jīng)濟利益和聲譽。由于船體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是占實際艙容約99％的型艙容（型艙容是指由前后艙壁、縱艙壁、艙底、舷側(cè)及液面組成的不考慮艙內(nèi)固定構(gòu)件所占據(jù)的容積空間）在實際使用中發(fā)現(xiàn)近似計算存在的誤差較大，因此準(zhǔn)確地建立液艙模型就成為了準(zhǔn)確計算艙容的關(guān)鍵和研究熱點。本文提出的液艙三維建模與仿真方法，運用裝配概念，采用TopDown設(shè)計方法和WAVE全相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)，通過建立引

3、用集，對液艙的艙體和構(gòu)件進行參數(shù)化建模?？赏ㄟ^仿真在多種浮態(tài)下艙貨區(qū)的空間及各艙液面的分布情況，建立基于裝配的高精度液艙三維仿真模型，為以后艙容的準(zhǔn)確定量奠定基礎(chǔ)。二、裝配技術(shù)在液艙建模仿真中的應(yīng)用二、裝配技術(shù)在液艙建模仿真中的應(yīng)用UG是面向制造行業(yè)的CAD高端軟件，可以數(shù)字化地定義和獲取三維產(chǎn)品信息。特別是UG強大的造型功能、裝配功能和全相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)更是在業(yè)界遙遙領(lǐng)先，并廣泛地應(yīng)用于汽車、航天、航空、機械、造船和消費產(chǎn)品等工業(yè)的生

4、產(chǎn)。UGOPENAPI是UG與外部應(yīng)用程序之間的接口，是一系列函數(shù)和過程的集合。開發(fā)者可以通過用C語言編程來調(diào)用這些函數(shù)和過程，從而實現(xiàn)用戶的需要。液艙構(gòu)件的種類和數(shù)量特別多，僅用常規(guī)手工建模方式得到的液貨艙模型是由很多特征組成的三維液艙模型，在仿真過程中不能以部件為單位進行操作，不利于仿真過程的實現(xiàn)。采用裝配的建模方式能夠使構(gòu)件和艙體成為裝配件中的獨立單元，用戶可以方便地對船體構(gòu)件進行管理。當(dāng)前市場上存在大量不同的船型和一些改裝船，這

5、些不同類型的船之間有些構(gòu)件是形狀相似的，可以用同一個程序?qū)@些構(gòu)件進行自動建模，提高建模效率。采用裝配的方法對液艙部件進行模塊化處理，增強了程序的通用性。同時裝配技術(shù)的采用，使得在建模過程中更容易進行數(shù)據(jù)檢查。自頂向下裝配（TopDownassembly）是自裝配件的頂級結(jié)點生成子裝配和組件，在裝配層次上建立和編輯組件，從裝配件的頂級開始自頂向下進行設(shè)計建模，該裝配設(shè)計方法既符合人們的設(shè)計習(xí)慣，又能提高建模效率，便于使用程序自動建模，因

6、此本文采用自頂向下裝配的方法進行建模。在裝配建模的過程中，建立自己的引用集，大大地減少了裝配件中的信息，例如一個部件中除了實體圖形外，還有基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸和草圖等，而我們在裝配時只需要實體圖形，那么我們就定義一個只包含實體圖形的引用集。引用集一旦建立，就可以單獨地裝配到裝配件中。液艙的種類和形式很多，通過對相似構(gòu)件和液艙進行分類歸納，得到液艙構(gòu)件和類型如圖1所示。圖1液艙構(gòu)件和類型按照“自頂向下”的思想，首先建立裝配結(jié)構(gòu)，即裝配關(guān)系，但不

7、建立任何幾何模型。然后使其中的組件成為工作部件，并在其中建立幾何模型，即在上下文中進行設(shè)計，邊設(shè)計邊裝配。在建立組件的過程中設(shè)定組件的引用集，引用所要顯示的部件對象。例如本例是某油船液艙的三維仿真模型，其裝配關(guān)系如圖2所示：頂上兩級不包括任何信息，三級組件依次為計量管模型、自定義類型橫艙壁、槽型橫艙壁、橫壁墩、槽型縱艙壁、變截面類型縱壁墩、等截面類型縱壁墩和艙體文件。圖3液艙模型WAVE信息四、參數(shù)化技術(shù)四、參數(shù)化技術(shù)在一般的CAD系統(tǒng)

8、中，參數(shù)化是指設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型，可以用一組參數(shù)來確定設(shè)計對象，參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有明顯的對應(yīng)關(guān)系，從而可使設(shè)計的結(jié)果受尺寸的驅(qū)動。在船體結(jié)構(gòu)中，大量構(gòu)件的定位和定形都可由一定的尺寸參數(shù)控制，這是船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計中可以應(yīng)用參數(shù)化技術(shù)的基礎(chǔ)。在參數(shù)化建模的過程中，首先需要抽取各個零部件的總體參數(shù)，即與總布置有關(guān)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)。這些參數(shù)可分為兩類：☆形狀參數(shù)：它決定總成部件的大小與形狀；☆位置參數(shù)：它決定總成部件的布置方位。通過這

9、些總體參數(shù)可以建立部件的三維模型，進行參數(shù)化設(shè)計。下面以槽型縱艙壁和等截面縱壁墩為例進行說明。如圖4所示，可以通過定義槽型縱艙壁的形狀參數(shù)（L，T，B，b和類型），位置參數(shù)（F1和F2）以及槽型個數(shù)，來實現(xiàn)槽型縱艙壁的參數(shù)化建模，如圖5所示；可以通過定義壁墩的形狀參數(shù)（a，b，h，H和類型）和位置參數(shù)（距艙底BL）來定義壁墩。通過參數(shù)化技術(shù)能夠大幅提高建模效率，增強建模通用性，對于其他液艙構(gòu)件建模時會顯示出更大的優(yōu)點。圖4槽型縱艙壁參數(shù)