CN108763691A - 基于三维模型的船体结构重量统计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于三维模型的船体结构重量统计方法，先将所有结构设计件模型进行布尔运算合并，获得全船整体模型；然后根据计算要求设定纵向切割间隔，将全船整体模型沿纵向切割为分段，再依次输出每个分隔段的结构重量载荷分布值并统计全船结构重量分布即可。本发明方法可以实现全计算机操作，提高统计速度；重量载荷分割间距可以根据需要进行设置(按原来的按站位分隔或更小分隔单元)，大幅提升了计算精度；另外，利用已有CATIA物理模型进行操作，省去了重新建模的工作量。使用本发明，可使设计人员从大量繁琐的设计、建模工作中解脱出来，提高工作效率，为船舶总振动计算精细化计算提供了更为高效的数据支撑。
Description
技术领域
本发明涉及船舶结构设计技术领域，具体涉及一种基于三维模型进行船体结构重量统计方法。
背景技术
船体总振动计算是确保船舶安全性的重要工作项目。而载荷重量统计是船体总振动计算的计算输入要素之一。其中，全船的载荷占比最大的是结构重量载荷，其统计工作量也最大，具体涉及到数十份结构图纸。如果能够快速准确的计算结构重量统计，将对全船载荷分布的计算效率和精度带来极大的提升。
过去为了计算结构的重量载荷分布，先需要设计人员依据设计图纸对上万个零件进行手动统计，再将结构件的重量沿其纵向的分布区间进行均摊来获得重量分布。为减少劳动强度，部分间隔取得会比较大，一般都是按站位进行，累加得到全船的结构重量载荷分布。由于全流程为手动计算，整个过程耗时费力而且容易遗漏。也有一些设计人员使用有限元方法对全船结构作分析，可得到较准确的船体结构重量载荷分布，但这些方法需要重新建立船体CAE有限元模型，其工作量非常大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于三维模型的船体结构重量统计方法，它基于已经建好的船舶结构三维设计模型进行船体结构重量载荷分布计算，能够快速、准确提取船体结构重量信息，为总振动等船体计算提供数据。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种基于三维模型的船体结构重量统计方法，该统计方法包括以下步骤：
S1、建立船体结构布尔合并整体模型：调用已完成三维模型结构设计的“船体结构设计模型”为数据源，通过批量布尔运算，合并建立“船体结构布尔合并整体模型”；
“船体结构设计模型”包括全船实体结构模型，包括舱室平台、甲板、舷侧结构、内部液舱结构、围壁结构等。使用批量布尔运算操作，对模型中的板结构、加强筋、支柱、肘板等结构件中实体部分做合并，其合并结构即为“船体结构布尔合并整体模型”。
S2、按计算需求设定分隔面：在三维模型中设定Plane.1和Plane.2，设置Plane.1为求取目标重量分布载荷位置的切割平面，设置Plane.2与Plane.1之间的距离为该段模型的分割间距。
S3、切割形成给定纵向位置船体剖面表征模型：
定义Plane.1和Plane.2为前后切割面，将“船体结构布尔合并整体模型”切割为一个分隔段，为该段截面船体剖面表征模型。
S4、计算该分隔段的重量分布：测量该船体剖面表征模型的体积及重心位置，以测得的体积乘以材料密度即得该分段载荷值，结合该段的重心位置，可得该分段的重量分布。
S5、统计全船体结构重量分布：重复步骤S2-S4，按计算需求将全船沿船长方向分隔成段，并依次输出各分隔段的部分载荷值，汇总统计可得到全船重量分布。
上述方案中，所述步骤S2中Plane.2与Plane.1之间的分割间距根据计算精度的要求选取，分割间距越小，计算结果精度越高。
本发明的有益效果在于：
1)方便快捷：可根据计算需要设置分隔段的长度，灵活度高。统计过程可自动化输出，无须手动干预，大幅降低了该项工作的时间成本。
2)精确：基于已有船体结构设计模型为数据源，不存在统计遗漏，相较过去手动计算，在精度上有质的飞跃；另外，分隔段可以设置为更小的薄体单元，大幅提升了计算精度。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例船体结构布尔合并模型；
图2是本发明实施例在船体结构布尔合并模型上切割得到的船体剖面表征模型；
图3是本发明实施例典型肋位中剖面(#28+200)；
图4是本发明实施例典型肋位剖面(#16)；
图5是本发明实施例典型肋位剖面(#54)；
图6是本发明实施例典型舱壁剖面(#83)；
图7是本发明实施例两舱壁间结构重量载荷分布；
图8是本发明实施例全船结构重量载荷分布。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本实施例以某渔业资源与环境科学调查船为例，其主要参数如下所示：
使用本发明方法统计该船体结构重量分布的具体步骤如下：
S1、建立船体结构布尔合并整体模型：
使用CATIA软件，调用全船结构三维模型，对船体结构三维模型进行批量布尔操作，合并形成“船体结构布尔合并模型”的整体模型，以尾舱壁、基面及中轴面的交点为原点，建立x方向为船长方向，y方向为左舷船宽方向，z方向为船高方向的模型坐标系，如图1所示。
S2、按计算需求设定分隔面：
在船体结构布尔合并模型上，根据所需求解分布载荷值的x坐标在GeometricalSet中设置平面Plane.1，再根据计算精度需求设置模型分割间距Δt，本例中，设置定义Plane.1和Plane.2的间距Δt＝10mm。
S3、形成船体剖面表征模型：
设置Plane.1和Plane.2为前后切割面，将“船体结构布尔合并整体模型”切出一个薄体，切割形成船体剖面表征模型，如图2所示。
S4、计算该船体剖面表征模型的重量分布：
获得船体剖面表征模型后，测量该分隔段的体积，以体积乘以密度即得该分隔段结构重量载荷值，将其均摊得到单位距离的重量分布值。本实施例中，以肋位中剖面、肋位剖面、舱壁加强筋剖面、舱壁等典型剖面示例，计算其所在分隔段的分布载荷值。
a)典型肋位中间处，以#28+200为例：
在x＝15800mm处，以厚度t＝10mm的薄体切割船体结构布尔合并模型，得分隔段模型如图3所示，测量其体积大小并计算重量，得：Wg＝40.15kg，则该分段分布载荷值为Wg/Δt＝40.15kg/10mm＝4.015kg/mm。
b)典型肋位处，以#16为例：
在x＝8400mm处，以厚度t＝10mm的薄体切割船体结构布尔合并模型，得分隔段模型如图4所示，测量其体积大小并计算重量，得：Wg＝130.74kg，则该分段分布载荷值为Wg/Δt＝130.74kg/10mm＝13.074kg/mm。
c)典型舱壁加强筋处，以#54为例：
在x＝30700mm处，以厚度t＝10mm的薄体切割船体结构布尔合并模型，得分隔段模型如图5所示，测量其体积大小并计算重量，得：Wg＝290.90kg，则该分段分布载荷值为Wg/Δt＝290.90kg/10mm＝29.090kg/mm。
d)典型舱壁剖面，以#83为例：
在x＝48700mm处，以厚度t＝10mm的薄体切割船体结构布尔合并模型，得分隔段模型如图6所示，测量其体积大小并计算重量，得：Wg＝1936.83kg，则该分段分布载荷值为Wg/Δt＝1936.83kg/10mm＝193.68kg/mm。
S5、统计全船体结构重量分布：
重复以上步骤S2-S4，通过计算全船沿纵向分隔的薄段的重量分布，依次输出每个分隔段的载荷分布，汇总得出结构重量载荷分布。如两舱壁间的结构重量载荷分布曲线如图7所示(图中x轴为沿船长方向距原点距离，单位mm，y轴为结构重量载荷值，单位kg/mm)。曲线精确的表达了各位置的载荷分布情况，如舱壁处出现大高峰，肋骨处出现小高峰，壳板处为平值。同理可得到全船结构重量载荷分布曲线，如图8所示。
综上所述，本方法先将所有结构设计件模型进行布尔运算合并，获得全船整体模型；然后根据计算要求设定纵向切割间隔，将全船整体模型沿纵向切割为若干分隔段，再依次输出每个分隔段的结构重量载荷分布值并统计全船结构重量分布即可。通过本方法，可以实现全计算机操作，提高统计速度；重量载荷分割间距可以根据需要进行设置(按原来的按站位分隔或更小分隔单元)，大幅提升了计算精度；另外，利用已有CATIA物理模型进行操作，省去了重新建模的工作量。使用本发明，可使设计人员从大量繁琐的设计、建模工作中解脱出来，提高工作效率，为船舶总振动计算精细化计算提供了更为高效的数据支撑。本方法是推进物理模型到计算模型的无缝链接的一次探索，为船舶总振动计算精细化计算提供了更为高效的数据支撑。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (2)
1.一种基于三维模型的船体结构重量统计方法，其特征在于，该统计方法包括以下步骤：
S1、建立船体结构布尔合并整体模型：调用已完成三维模型结构设计的“船体结构设计模型”为数据源，通过批量布尔运算，合并建立“船体结构布尔合并整体模型”；
S2、按计算需求设定分隔面：在三维模型中设定Plane.1和Plane.2，设置Plane.1为求取目标重量分布载荷位置的切割平面，设置Plane.2与Plane.1之间的距离为该段模型的分割间距；
S3、切割形成给定纵向位置船体剖面表征模型：定义Plane.1和Plane.2为前后切割面，将“船体结构布尔合并整体模型”切割为一个分隔段，为该段截面船体剖面表征模型；
S4、计算该分隔段的重量分布：测量该船体剖面表征模型的体积及重心位置，以测得的体积乘以材料密度即得该分段载荷值，结合该段的重心位置，可得该分段的重量分布；
S5、统计全船体结构重量分布：重复步骤S2-S4，按计算需求将全船沿船长方向分隔成段，并依次输出各分隔段的部分载荷值，汇总统计可得到全船重量分布。
2.根据权利要求1所述的基于三维模型的船体结构重量统计方法，其特征在于，所述步骤S2中Plane.2与Plane.1之间的分割间距根据计算精度的要求选取，分割间距越小，计算结果精度越高。
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