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(lái)源：CAD世界網(wǎng)發(fā)表時(shí)間：20060815瀏覽次數(shù)：5字號(hào)：大中小一、引言一、引言液艙是國(guó)際間石油、化工等產(chǎn)品貿(mào)易結(jié)算、運(yùn)輸費(fèi)結(jié)算的主要計(jì)量器具之一，也是國(guó)內(nèi)液貨貿(mào)易交接的重要計(jì)量器具。當(dāng)前，國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的計(jì)算不確定度為小于0.2%，但這樣的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重滯后于市場(chǎng)的需求。例如一條15萬(wàn)噸的油輪，按照當(dāng)前汽油價(jià)格3210元噸，每個(gè)航次會(huì)給用戶帶來(lái)大約96萬(wàn)元的損失。因此對(duì)新建、改

2、建和使用中的各類船舶進(jìn)行準(zhǔn)確的液艙容量檢定，直接關(guān)系到我國(guó)國(guó)內(nèi)外貿(mào)易的經(jīng)濟(jì)利益和聲譽(yù)。由于船體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是占實(shí)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(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)近似計(jì)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(jì)算艙容的關(guān)鍵和研究熱點(diǎn)。本文提出的液艙三維建模與仿真方法，運(yùn)用裝配概念，采用TopDown設(shè)計(jì)方法和WAVE全相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)，通過(guò)建立引

3、用集，對(duì)液艙的艙體和構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)化建模?？赏ㄟ^(guò)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(qiáng)大的造型功能、裝配功能和全相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jī)械、造船和消費(fèi)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(guò)程的集合。開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)用C語(yǔ)言編程來(lái)調(diào)用這些函數(shù)和過(guò)程，從而實(shí)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(guò)程中不能以部件為單位進(jìn)行操作，不利于仿真過(guò)程的實(shí)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(dú)立單元，用戶可以方便地對(duì)船體構(gòu)件進(jìn)行管理。當(dāng)前市場(chǎng)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(gè)程序?qū)@些構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)建模，提高建模效率。采用裝配的方法對(duì)液艙部件進(jìn)行模塊化處理，增強(qiáng)了程序的通用性。同時(shí)裝配技術(shù)的采用，使得在建模過(guò)程中更容易進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查。自頂向下裝配（TopDownassembly）是自裝配件的頂級(jí)結(jié)點(diǎn)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(jí)開(kāi)始自頂向下進(jìn)行設(shè)計(jì)建模，該裝配設(shè)計(jì)方法既符合人們的設(shè)計(jì)習(xí)慣，又能提高建模效率，便于使用程序自動(dòng)建模，因

6、此本文采用自頂向下裝配的方法進(jìn)行建模。在裝配建模的過(guò)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(gè)部件中除了實(shí)體圖形外，還有基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸和草圖等，而我們?cè)谘b配時(shí)只需要實(shí)體圖形，那么我們就定義一個(gè)只包含實(shí)體圖形的引用集。引用集一旦建立，就可以單獨(dú)地裝配到裝配件中。液艙的種類和形式很多，通過(guò)對(duì)相似構(gòu)件和液艙進(jìn)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(jìn)行設(shè)計(jì)，邊設(shè)計(jì)邊裝配。在建立組件的過(guò)程中設(shè)定組件的引用集，引用所要顯示的部件對(duì)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(jí)不包括任何信息，三級(jí)組件依次為計(jì)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(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型，可以用一組參數(shù)來(lái)確定設(shè)計(jì)對(duì)象，參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而可使設(shè)計(jì)的結(jié)果受尺寸的驅(qū)動(dòng)。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(jì)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(guò)程中，首先需要抽取各個(gè)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(guò)這

9、些總體參數(shù)可以建立部件的三維模型，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。下面以槽型縱艙壁和等截面縱壁墩為例進(jìn)行說(shuō)明。如圖4所示，可以通過(guò)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(gè)數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)槽型縱艙壁的參數(shù)化建模，如圖5所示；可以通過(guò)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(lái)定義壁墩。通過(guò)參數(shù)化技術(shù)能夠大幅提高建模效率，增強(qiáng)建模通用性，對(duì)于其他液艙構(gòu)件建模時(shí)會(huì)顯示出更大的優(yōu)點(diǎn)。圖4槽型縱艙壁參數(shù)