基于滬東東欣SPD系統(tǒng)的船體結(jié)構(gòu)建模實(shí)踐

摘要：我院引入具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的船舶設(shè)計(jì)軟件——滬東東欣SPD系統(tǒng)輔助教學(xué)，通過對(duì)船體不同分段結(jié)構(gòu)建模實(shí)踐，總結(jié)了常見結(jié)構(gòu)的建模方法和技巧，可供船廠相關(guān)人員及船舶專業(yè)師生參考，教學(xué)中將模型應(yīng)用于船舶結(jié)構(gòu)與制圖、船體放樣等課程教學(xué)，加深了學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)和圖紙的理解，深化了教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞：船舶CAD；結(jié)構(gòu)建模；滬東SPD

中圖分類號(hào)：U662.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）27-0095-03

0 引言

本文主要介紹滬東東欣SPD系統(tǒng)常用結(jié)構(gòu)建模方法，滬東東欣SPD系統(tǒng)是一款功能強(qiáng)大、操作便捷的國產(chǎn)船舶設(shè)計(jì)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于船企和院校[1]。其船體設(shè)計(jì)功能主要包括平面板架建模、曲面板架建模、肘板建模、圖紙及報(bào)表生成等。通過對(duì)船體不同位置進(jìn)行建模實(shí)踐，并可以利用系統(tǒng)積極進(jìn)行教學(xué)改革[2]，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知船體結(jié)構(gòu)、理解船體圖紙、進(jìn)行船體放樣切割與裝配等，從而提高教學(xué)效果，提高學(xué)生實(shí)操能力[3]。

該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)建模過程是：進(jìn)行初始化，首先建立一個(gè)工程（一般把一艘船作為一個(gè)工程），在工程里定義坐標(biāo)定位面，獲取線型，定義甲板，建立圖冊(cè)和模型，生成基本曲線，復(fù)制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)庫到本工程，分段定義。然后進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)建模，包括曲面板架平面板架及肘板等結(jié)構(gòu)的建模。之后利用模型就可以進(jìn)行圖紙生成、圖面處理、報(bào)表生成、數(shù)據(jù)提取等。

1 常用結(jié)構(gòu)建模

船體結(jié)構(gòu)的建模主要包括曲面板架、平面板架還有肘板的建模。

1.1 曲面板

曲面板架建模包括板和型材的建模。曲面板架的構(gòu)建過程為：首先建立板縫，然后選擇板縫邊界并填寫參數(shù)生成板，然后建立扶強(qiáng)材。板和扶強(qiáng)材都可以開孔。

圖1中a、b是比較典型的兩種曲面板形式，圖c相對(duì)比較綜合的應(yīng)用。

a的板縫比較簡(jiǎn)單，可以直接用平面截交線。

b除了平面截交線，曲面角隅處的板縫需要用柱面截交線生成，這里采用給定樣條，根據(jù)船體坐標(biāo)，原點(diǎn)為（0，0，0） ，方向U填寫X分量1，方向V填寫Y分量1，樣條列表中每一行的（U，V） 表示所取的點(diǎn)坐標(biāo)，行數(shù)就是取的點(diǎn)數(shù)，默認(rèn)自動(dòng)填寫在第一行第一列，每一行的第一列表示該點(diǎn)與下一點(diǎn)的連接半徑，0表示直線相連，E表示橢圓弧相連，第二列和第三列為U和V值，例如這段柱面線填寫的樣條值為（5，F(xiàn)R83+200，8075） （0，F(xiàn)R84+50， 8075） （0，F(xiàn)R84+50， 8175） （-E，F(xiàn)R86+50，8875） （0，F(xiàn)R86+100，8875） 。

圖2是曲面上的型材示例，這類骨材的創(chuàng)建較簡(jiǎn)單，一般是利用船體跡線排布型材，或者定義船體曲線來進(jìn)行定位。骨材上還可開孔，還可根據(jù)實(shí)際靈活設(shè)置骨材端部形式參數(shù)。

1.2 平面板架

船體中平面板架建模較多，比如艙壁板、強(qiáng)構(gòu)件腹板、平臺(tái)板等，這些都可以用平面板架來構(gòu)建。平面板架的構(gòu)建過程是定義板架屬性，定義板邊界，定義板厚板縫，定義內(nèi)孔邊界孔貫穿孔、定義扶強(qiáng)材等。板架的邊界形狀多樣，平面板架的構(gòu)建難點(diǎn)是板邊界的定義，可靈活運(yùn)用平面曲線、自由邊等方式建立邊界，板上扶強(qiáng)材定義較容易，主要是定位和端部形式需要注意一下，以下通過幾個(gè)平面板架的構(gòu)建來說明平面板架建模方法。

1.2.1 開孔板

圖3是比較常見的幾種開孔板，圖中a開口是不規(guī)則曲線內(nèi)孔，b開口是邊界孔，規(guī)則落地方孔，c開口是規(guī)則腰圓內(nèi)孔。其中規(guī)則孔比較容易，直接選用合適的孔類型即可，不規(guī)則孔一般把不規(guī)則邊定義為曲線，利用曲線生成曲線孔或者曲線邊界，比如a是生成曲線孔，b是邊界孔，b也可以不用開邊界孔的方式，把孔作為板的邊界曲線，定義曲線邊界，修改板邊界的方式也可以實(shí)現(xiàn)。

以a為例，這種板的建立方法：（1） 根據(jù)板所在位置定義板架屬性、邊界以及板厚；（2） 定義封閉曲線C1，也就是內(nèi)孔的曲線，這個(gè)曲線創(chuàng)建比較簡(jiǎn)單，可以用邊界偏移帶半徑參數(shù)的方式，具體數(shù)據(jù)根據(jù)孔的具體尺寸確定；（3） 定義內(nèi)孔，內(nèi)孔類型為曲線孔，曲線為定義的曲線C1；（4） 定義內(nèi)孔面板，比如采用150*12 FB，起始端和終止端的連接方式為5，端部形式1100；（5） 根據(jù)具體平面板，可再定義板縫、定義邊界孔、定義貫穿孔。

b、c板的建立就相對(duì)比較容易了，可以直接開邊界孔和內(nèi)孔。隔板、肋板、艙壁板、底桁材的建立方式都可以采用這種方式。

1.2.2 腹板高度變化的強(qiáng)構(gòu)件

圖4是比較常見的強(qiáng)構(gòu)件，a是腹板端部升高的強(qiáng)半橫梁，b是強(qiáng)橫梁和強(qiáng)肋骨組成的框架，強(qiáng)構(gòu)件腹板一般可用平面板建模，腹板高度不變的強(qiáng)構(gòu)件可以直接用直線就可，高度不同的邊界曲線生成方式比較靈活，可靈活應(yīng)用曲線段的生成方式。

a中腹板邊界的創(chuàng)建可以用定義拓?fù)潼c(diǎn)，然后連接拓?fù)潼c(diǎn)形成曲線，也可以直接用CAD線進(jìn)行轉(zhuǎn)化。這種是比較簡(jiǎn)單的一個(gè)位置的腹板高度變化，多個(gè)位置腹板高度有變化的創(chuàng)建方法類似，就是建的拓?fù)潼c(diǎn)或者轉(zhuǎn)化的CAD線不一樣而已。

拓?fù)潼c(diǎn)的定義方式：可以把組成邊界曲線的各直線段的端點(diǎn)定義成拓?fù)潼c(diǎn)，然后連接拓?fù)潼c(diǎn)形成曲線的各樣條段即可。

CAD線轉(zhuǎn)換的方式：可以在板平面上繪出邊界曲線的CAD線，然后曲線的樣條段用CAD線轉(zhuǎn)化即可。

b這種強(qiáng)框架的腹板建立也比較靈活，腹板邊界為曲線加直線，曲線可以采用邊界偏移帶半徑參數(shù)的方式，直線部分可以輸坐標(biāo)可以用拓?fù)潼c(diǎn)也可以用CAD線轉(zhuǎn)化，定義方式：（1） 根據(jù)該結(jié)構(gòu)所在位置定義板架屬性；（2） 明確的邊界可以先定義，右下曲線部分，可以先大概拉一條線作為邊界；（3） 定義曲線C1，上半部分曲線可以采用上邊界和左邊界偏移加半徑參數(shù)的方式，圓弧半徑需要注意一下方向，如果圓弧朝向反了，需要在半徑前加負(fù)號(hào)；（4） 曲線下部分為直線段，直線段可以用CAD轉(zhuǎn)化，也可以用定義拓?fù)潼c(diǎn)連成直線的方式；（5） 根據(jù)具體結(jié)構(gòu)型式定義面板，比如采用150*12FB，定位在左下曲線邊界，起始端的連接方式為4，端部形式為1 100，終止端的端部形式為1 402，40，30；（6） 根據(jù)該段結(jié)構(gòu)，可再定義板縫、邊界孔、貫穿孔、加強(qiáng)筋等。

1.2.3 用平面板架定義的舭肘板

圖5是幾種不同方式建立的舭肘板形式，a用曲線，b是用自由邊，c較簡(jiǎn)單，用板架剖面線。

不規(guī)則邊界用曲線建立的過程，比如舭肘板a的建立可以采?。海?） 根據(jù)該結(jié)構(gòu)所在位置定義板架屬性；（2） 明確的邊界可以先定義，右下曲線部分，可以先大概拉一條線作為邊界，比如這里的邊界可以是shell，內(nèi)底板->內(nèi)底縱骨->大概位置拉的一條線->外底縱骨；（3） 定義曲線C1，比如圖示a右曲線段可以分為2個(gè)樣條段，第一條shell偏移250，第二條是確定的Z值帶半徑150；（4） 根據(jù)具體端部型式定義面板，比如采用150*12 FB，定位在左下曲線邊界，起始端的連接方式為4，35，端部形式為1 402，50，終止端的連接方式也一樣；1.2.4 根據(jù)該段結(jié)構(gòu)，可再定義邊界孔、貫穿孔、加強(qiáng)筋等。

不規(guī)則邊界用自由邊建立的方式，比如舭肘板b 的建立可以采?。海?） 根據(jù)該結(jié)構(gòu)所在位置定義板架屬性；（2） 明確的邊界可以先定義，右邊界曲線部分，可以先大概拉一條線作為邊界，比如這里的邊界可以是內(nèi)底板->大概位置拉的一條線->shell；（3） 右邊界曲線部分可以用自由端定義，連接方式可以選用RT1T2，比如這里起始端位置可以取Y1=L14，趾端250，終止端Y2=L14，趾端250，R取300，T1和T2取45度；（4） 根據(jù)該段結(jié)構(gòu)，可再定義邊界孔、貫穿孔、加強(qiáng)筋等。

1.3 肘板

系統(tǒng)中肘板分為兩邊界肘板和三邊界肘板，如圖6所示，還可以設(shè)置折邊或面板形式，增加加強(qiáng)筋以及開內(nèi)孔等。

a和b是兩邊界肘板，根據(jù)所處位置選擇肘板邊界類型，選擇好邊界后，定義各連接參數(shù)，以a為例，比如這里是位于甲板縱骨和舷側(cè)縱骨間的一個(gè)梁肘板，主邊界為甲板和舷側(cè)，輔助邊界為兩根縱骨，A端和B端的參數(shù)都可用S=0，H=-15來定義，選擇AB端連接參數(shù)，這里可以選用FB3（參數(shù)A1=0，A2=0，R=200），并開好邊界孔，定義好肘板形狀后，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)形式具體選擇是否需要折邊或面板，是否需要加強(qiáng)筋或開孔等。

c和d是三邊界折邊肘板，根據(jù)所處位置選擇肘板邊界類型，選擇好邊界后，定義各連接參數(shù)，以b為例，比如這里是位于外殼、平臺(tái)和縱艙壁三個(gè)主邊界間的一個(gè)大肘板，輔助邊界為舷側(cè)縱骨和艙壁扶強(qiáng)材，A端和B端的參數(shù)都可用S=0，H=-15來定義，選擇AB端連接參數(shù)，這里可以選用FB1（參數(shù)R=1 750），并開好邊界孔，定義好肘板形狀后，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)形式具體選擇是否需要折邊或面板，是否需要加強(qiáng)筋或開孔等。

1.4 其他一些常見結(jié)構(gòu)

1.4.1 箱型中底桁

箱型中底桁的建立主要是內(nèi)外底橫骨的建立，以外底橫骨為例：（1） 根據(jù)該結(jié)構(gòu)所在位置定義板架屬性；（2） 明確的邊界可以先定義，上邊界可以先大概拉一條線作為邊界，比如這里的邊界可以是左側(cè)板->shell->右側(cè)板->大概拉的一條線；（3） 修改上邊界，定義為自由端，選擇LR1T1R2T2形式的連接方式，根據(jù)具體參數(shù)，輸入起始端位置Z1=600及趾端20，輸入終止端位置Z2=600及趾端20，輸入連接方式的R值250 和T值44，以及Line值440；（4） 根據(jù)該段結(jié)構(gòu)具體形式，可再定義扶強(qiáng)材、邊界孔、貫穿孔等。

1.4.2 支柱

支柱的建立方式，比如圖8鋼管型支柱：（1） 首先在型材標(biāo)簽里定義一個(gè)標(biāo)簽，比如PI100；（2） 在型材規(guī)格里添加所需要的鋼管尺寸，比如280*10D；（3） 定義一根曲線，支柱沿著這條曲線建立，假設(shè)這里建立一條空間曲線，樣條點(diǎn)列取（FR84，3 000，15 00） 和（FR84，3 000，10 000） ；（4） 建立曲面型材，選擇剛定義的曲線，定義的標(biāo)簽，型材規(guī)格，起始端和終止端的端部連接選擇4，端部形式1 100；（5） 定義支柱上下墊板，在合適的Z處定義墊板板架屬性，邊界選擇用簡(jiǎn)單閉合線，參數(shù)選擇圓心坐標(biāo)（FR84，3 000） ，給一個(gè)半徑比如R190，之后定義板厚；（6） 定義肘板。

1.4.3 常用端部形式

以扁鋼為例，圖9a和b是常用W和S端部形式，系統(tǒng)提供的端部形式比較多，可以根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇，不同的型材編碼首位不同，扁鋼以1開頭，a 采用1 110端部形式，開R35的通焊孔。b采用1 302端部形式，削斜30度，留根15。扁鋼有時(shí)作為面板，端部形式會(huì)出現(xiàn)其他形式，比如圖9c，這種形式上端的端部形式可以選擇1 402的形式，下端的端部形式可以選擇1 900，參數(shù)可以?。? 900，50，50，15，300，90，15） 。

2 總結(jié)

利用SPD系統(tǒng)進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)建模，方便快速，本文整理總結(jié)了一些常用結(jié)構(gòu)的建模方法技巧，可供船廠相關(guān)人員及在校師生參考，提高建模速度。同時(shí)積極應(yīng)用到船體結(jié)構(gòu)與制圖、船體放樣等專業(yè)課程的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)，學(xué)生易于理解，提高了學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，學(xué)生在全國職業(yè)院校船舶與海洋工程 CAD/CAM 技能大賽及全國海洋航行器設(shè)計(jì)與制作大賽實(shí)踐中連續(xù)多屆獲得一等獎(jiǎng)[4-5]。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】