船體結(jié)構(gòu)3D建模ppt課件

1、整理課件工作任務(wù)要求：工作任務(wù)要求：根據(jù)三視圖及已知尺寸，運用掌握的技根據(jù)三視圖及已知尺寸，運用掌握的技能熟練進行雙層底分段三維建模。能熟練進行雙層底分段三維建模。整理課件 船體結(jié)構(gòu)的三維模型船體結(jié)構(gòu)的三維模型學習目標學習目標學習的學習的知識與能力目標目標1.了解有關(guān)船體結(jié)構(gòu)三維建模的背景、意義； 2.理解和掌握建立船體結(jié)構(gòu)三維模型的方法和過程； 3.理解和掌握將零件定義相關(guān)屬性后與零件一起定義成塊、提取屬性的方法和操作過程； 4.理解和掌握建立一體化分段結(jié)構(gòu)三維實體模型和進行相關(guān)操作的方法和過程； 5.理解和掌握利用三維實體的視圖功能，生成所需視圖的方法和技巧。整理課件 第五章船體結(jié)構(gòu)的三維

2、模型第五章船體結(jié)構(gòu)的三維模型能力目標能力目標v6. 熟練掌握建立船體結(jié)構(gòu)三維模型的方法和過程;v7. 熟練掌握將零件定義相關(guān)屬性后與零件一起定義成塊、提取船體結(jié)構(gòu)零件屬性的方法和操作過程；v8. 熟練掌握建立一體化分段結(jié)構(gòu)三維實體模型和進行相關(guān)操作的方法v9. 利用三維實體的視圖功能，生成所需視圖的方法和技巧； 整理課件 教學圖片教學圖片一組肋板三維模型一組肋板三維模型整理課件 船體結(jié)構(gòu)三維模型技術(shù)背景、意義及學習內(nèi)容船體結(jié)構(gòu)三維模型技術(shù)背景、意義及學習內(nèi)容 一、是國內(nèi)外船舶CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢 二、船體結(jié)構(gòu)三維模型技術(shù)具有諸多優(yōu)點，被越來越多地應(yīng)用于船舶CAD/CAM中，提高工

3、作效率和質(zhì)量。 三、采用三維實體建模的方式，從方法上是一個質(zhì)的提高 四、船體結(jié)構(gòu)三維模型技術(shù)已成為船舶CAD/CAM應(yīng)用的基礎(chǔ)。 整理課件 五、在船體生產(chǎn)設(shè)計中分段結(jié)構(gòu)圖、部件圖、零件圖的繪制，零件明細表的編制，分段重量、重心計算，分段虛擬裝配等均有重要應(yīng)用. 六、本章以一個常見的雙層底中部分段為例，介紹基于AutoCAD的船體結(jié)構(gòu)三維模型建立及應(yīng)用，樹立學生由二維向三維模式轉(zhuǎn)變的意識。船體結(jié)構(gòu)三維模型技術(shù)背景、意義及學習內(nèi)容船體結(jié)構(gòu)三維模型技術(shù)背景、意義及學習內(nèi)容整理課件 建立船體結(jié)構(gòu)的三維模型建立船體結(jié)構(gòu)的三維模型建模建模 建立船體結(jié)構(gòu)三維模型的通用軟件有許多種，例如AUTOCAD、SOL

4、IDWORK、SOLIDEGE等，本章以廣大船舶工程技術(shù)人員接觸最多、最熟悉的AUTOCAD為例，介紹基于通用軟件的船體結(jié)構(gòu)三維模型的建立方法，利用其它通用軟件的方法與此會有許多類似之處。AUTOCAD雖然三維功能有限，但其普及程度高、圖形功能強大，一旦掌握了用它進行船體結(jié)構(gòu)三維數(shù)字模型建立方法和過程，再使用其它軟件就顯得相對容易得多了。 整理課件 船體結(jié)構(gòu)零件的共同特征與生成零件三維模型的基本方法一、船體結(jié)構(gòu)零件通?？梢苑譃榘宀暮托筒?，板材和型材又可以按其形狀分為平直和曲面類型。二、型材主要采用角綱、T型鋼、球扁鋼等截面類型。三、盡管船體結(jié)構(gòu)零件類型不同、形狀各異，但絕大多數(shù)船體結(jié)構(gòu)零件有一

5、個共同之處，就是可以通過其某個方向截面的拉伸生成零件三維數(shù)字模型。整理課件 四、拉伸的路徑如果是直線，則生成等截面的柱體，如果是曲線則生成等截面的非柱體，矩形截面沿直線拉伸可以生成板材模型。船體結(jié)構(gòu)零件基本上都可以采用截面拉伸生成零件三維模型。 五、實體生成的基本過程是，先將生成對象的截面定義成面域?qū)嶓w（面域的邊界一定要完全閉合），再將面域沿著指定的路徑拉伸成三維實體。 船體結(jié)構(gòu)零件的共同特征與生成零件三維模型的基本方法整理課件 教學圖片教學圖片 船體結(jié)構(gòu)常見零件類型及特征船體結(jié)構(gòu)常見零件類型及特征整理課件 確定零件的基準面、基準點確定零件的基準面、基準點一、零件的基準面、基準點確定的合理，可

6、以使得由零件構(gòu)成結(jié)構(gòu)模型變得簡單、方便，確定零件的基準面、基準點是將零件裝配成船體結(jié)構(gòu)模型的需要。二、所謂零件的基準面一般是零件截面所在的平面，用XOY表示。生成截面就在這個平面上進行操作。在模型空間中，零件的基準面可以根據(jù)零件的幾何特征和空間位置選擇和確定，方法是使用AUTOCAD系統(tǒng)提供的用戶坐標系統(tǒng)UCS的功能。三、對于平直板材通常將基準面設(shè)為與板材平行，曲面板材通常將基準面設(shè)為與板材曲面母線或直紋線方向正交。整理課件 確定零件的基準面、基準點確定零件的基準面、基準點四、對于型材通常將基準面設(shè)為與型材長度方向垂直，如圖2所示。在圖2中，將舭部曲面板基準面XOY設(shè)為與板材曲面母線方向正交，

7、就是為了在基準面XOY上先生成舭部曲面板的截面。五、同理將肋骨基準面XOY設(shè)為與肋骨樣條曲線切線方向正交，在基準面XOY上先生成肋骨的截面。但是生成肋骨要進行一次坐標轉(zhuǎn)換，即先在XOY平面中生成截面，再將XOZ坐標平面轉(zhuǎn)換成XOY坐標平面，在其上繪出肋骨樣條曲線，使生成的肋骨截面沿著這一曲線拉伸成為實體。六、對于圖2中的矩形平直板，如果單純從長方體特征出發(fā)基準面設(shè)在板邊截面和板平面上都可以，但是如果考慮其上面可能有開口的話，如人口、減輕口、通焊口等，就應(yīng)該將基準面設(shè)置在板平面上。所以圖2中底板、肋板、桁材的坐標基準面都設(shè)置在了其板平面上。 整理課件 圖圖2 2 不同類型零件坐標的基準面不同類型

8、零件坐標的基準面 整理課件 確定零件的基準面、基準點確定零件的基準面、基準點u零件基準點通常選擇在零件邊界的特殊位置，如零件基準點通常選擇在零件邊界的特殊位置，如在板材上確定裝配構(gòu)件一面的角點，型材上確定接在板材上確定裝配構(gòu)件一面的角點，型材上確定接觸板材表面的角點，這樣便于確定零件在結(jié)構(gòu)中的觸板材表面的角點，這樣便于確定零件在結(jié)構(gòu)中的位置。位置。u使用使用CAD系統(tǒng)提供的用戶坐標系統(tǒng)系統(tǒng)提供的用戶坐標系統(tǒng)UCS操作的方操作的方法是從命令行輸入法是從命令行輸入UCS命令或從命令或從UCS工具欄中選擇工具欄中選擇相應(yīng)圖標，工具欄中的圖標相當于命令提示中的選相應(yīng)圖標，工具欄中的圖標相當于命令提示中

9、的選擇項。輸入命令后提示為：擇項。輸入命令后提示為：u輸入選項輸入選項 新建新建(N)/移動移動(M)/正交正交(G)/上一個上一個(P)/恢恢復(fù)復(fù)(R)/保存保存(S)/刪除刪除(D)/應(yīng)用應(yīng)用(A)/?/世界世界(W) :整理課件 確定零件的基準面、基準點確定零件的基準面、基準點v選擇新建（N）后提示：v指定新 UCS 的原點或 Z 軸(ZA)/三點(3)/對象(OB)/面(F)/視圖(V)/X/Y/Z :v可見新建的坐標系相對原坐標系可以是平移、繞某坐標軸旋轉(zhuǎn)、XOY與某對象的面重合或三點共面重合。通過這些操作可以實現(xiàn)零件的生成和定位。例如，當前坐標系XOY面為分段橫剖面時，肋板扶強材截

10、面在XOZ面上，這時需要使用UCS命令新建繞X軸旋轉(zhuǎn)90度的坐標系，并將視圖設(shè)置為新的當前坐標平面。 整理課件 生成三維實體零件生成三維實體零件v一些便于在空間直接定位的零件，可以根據(jù)零件基準點直接在零件的空間位置處生成三維實體零件，例如底板、行材等。方法是首先確定分段的空間位置，例如將外底板內(nèi)表面與XOY平面重合，XOZ平面與第一道肋板表面重合，YOZ平面與第一道行材表面重合。至于坐標平面與零件重合在哪側(cè)表面，則按船體理論線規(guī)定。整理課件v 確定零件基準點在空間的位置，例如外底板角點坐標就應(yīng)該是X為距第一道行材距離，Y為距第一道肋板距離，Z為零。接下來以此基準點為基準點在相應(yīng)的基準面上就可以

11、生成所在空間位置處的零件。那些不便于在空間直接定位的零件，可以先在其它地方生成三維實體零件，再在其所依附的零件上定位，共同組合成部件后再定位到應(yīng)該定位的位置，例如各種扶強材、加強筋等。整理課件 生成三維實體零件生成三維實體零件v 對于有開口的零件，例如有人口、減輕口、通焊口等的肋板和桁材，要先將板材和開口在同一坐標平面上定義成面域，再利用系統(tǒng)的求差集的功能，求出板減去開口后的面域，最后根據(jù)板厚生成帶有開口的三維板。定義面域命令是REGION，可以從命令行輸入，或從繪圖菜單和工具欄中選。整理課件 生成三維實體零件生成三維實體零件v 注意定義面域?qū)吔缫笫謬栏?，要求邊界線必須完全閉合。所以，對

12、那些邊界線復(fù)雜的零件要格外注意。求差集使用SUBTRACT命令，可以從命令行輸入，或從繪圖菜單和工具欄中選。注意面域之間求差集要求面域必須在同一平面。這些命令的使用過程，在此不一一介紹。如果讀者對AUTOCAD的使用不十分深入，請閱讀系統(tǒng)幫助文件。 整理課件 根據(jù)結(jié)構(gòu)特點將零件裝配成為部件根據(jù)結(jié)構(gòu)特點將零件裝配成為部件v 與實際分段裝配類似，生成分段數(shù)字模型在許多情況下也需要先將零件裝配成部件，再裝配成分段結(jié)構(gòu)，這樣能夠更方便。例如雙層底分段中的肋板與其上的扶強材先一起定義成部件，再作為一個整體進行裝配、復(fù)制，要比單獨作為零件處理方便得多。還有桁材等也可以與其上的扶強材先一起定義成部件。系統(tǒng)生

13、成的三維肋板和桁材部件如圖3所示。 整理課件 圖圖3 肋板和桁材部件肋板和桁材部件整理課件 裝配生成分段結(jié)構(gòu)三維模型裝配生成分段結(jié)構(gòu)三維模型一、裝配順序從下向上，先板材后骨材，部件作為整體裝配二、構(gòu)成分段結(jié)構(gòu)三維模型零件有兩種情況：三、一種是如前所述根據(jù)零件的空間位置，由零件的基準面、基準點直接在相應(yīng)位置生成。這一過程中要注意利用用戶坐標系和視圖功能。四、一種是將先前在其它位置定義的塊（包括部件塊）插入到相應(yīng)位置裝配成分段結(jié)構(gòu)三維模型。這一過程中要注意利用塊的插入功能。塊插入時可以重新指定X、Y、Z方向比例、繞Z軸旋轉(zhuǎn)角度和重新輸入插入塊的屬性值。如圖4示。整理課件 圖圖4 分段結(jié)構(gòu)三維模型的

14、生成分段結(jié)構(gòu)三維模型的生成整理課件 對零件定義相關(guān)屬性后與零件一起定義成塊對零件定義相關(guān)屬性后與零件一起定義成塊 AUTOCAD具有定義屬性的功能。所謂定義屬性就是允許用戶在任意位置輸入所需要的字符，這些字符可以顯示在圖形中也可以不顯示在圖形中，屬性值在圖中適當?shù)奈恢蔑@示可以成為文字說明或?qū)α慵臉俗ⅲO(shè)置為不顯示時，在圖中就看不到屬性。用戶還可以對其進行修改。也就是說，屬性在定義成塊之前與用TEXT命令輸入的字符是一樣的。但是屬性定義成塊以后就具有了兩點與用TEXT命令輸入的字符不一樣的功能：一是每次作為塊插入時可以重新輸入其值，二是可以提取到指定格式的文檔中，例如EXCEL文檔中。 整理課

15、件 屬性定義屬性定義 屬性可以單獨定義成塊，也可以與其它圖形對象（包括已經(jīng)定義成塊的）一起定義成塊。通常是定義了與零件相關(guān)的屬性后，再與該零件一起定義成塊。當分段結(jié)構(gòu)中所有零件都與其相關(guān)屬性共同定義成塊后，利用AUTOCAD的屬性提取功能就能提取出這些塊的屬性，就可以得到所有零件的屬性。如果零件的屬性是零件的名稱、尺寸、材料、質(zhì)量、質(zhì)心等內(nèi)容，提取所有零件屬性就得到了分段零件明細表。這對于船體生產(chǎn)設(shè)計是非常有意義的。 整理課件 屬性定義屬性定義 定義屬性前，可以先查詢零件實體的質(zhì)量特性，將其中的質(zhì)量、質(zhì)心等信息輸入到屬性定義中，也可以將零件實體的質(zhì)量特性輸出到指定文件，然后在定義塊時建立與該文

16、件的超鏈接。在編輯塊時可以打開超鏈接文件。一般情況下不需要建立零件實體質(zhì)量特性輸出文件的超鏈接，只有在某些特殊情況下才建立，如零件信息比較多或涉及分段定位基準的零件，在屬性表中難于表達的情況下。整理課件 屬性定義屬性定義 查詢零件實體的質(zhì)量特性的方法是使用Massprop命令，或從下拉菜單工具中選擇查詢再選擇下一級面域/質(zhì)量特性項，系統(tǒng)將提示選擇查詢對象，選擇后在文本窗口中顯示查詢結(jié)果，并要求回答是否將結(jié)果輸出到指定文件。例如圖3中的肋板，查詢結(jié)果如下： 重量 KN: 0.089。重心 MM: X: 499.5249，Y: 499.9915，Z: 5.0000。 整理課件 提取船體結(jié)構(gòu)零件三維

17、模型屬性提取船體結(jié)構(gòu)零件三維模型屬性 分段零件明細表是船體生產(chǎn)設(shè)計階段應(yīng)完成的重要設(shè)計表，它匯總、統(tǒng)計零件數(shù)量、尺寸、質(zhì)量、質(zhì)心等重要信息。手工或二維模式進行生產(chǎn)設(shè)計時，表中的信息多數(shù)是依靠手工完成的，效率底，容易出錯。建立了零件三維數(shù)字模型后，可以先通過查詢得到零件的最大外形尺寸、基點坐標、質(zhì)量、質(zhì)心等重要信息，復(fù)制到文件中，然后在零件屬性定義時輸入這些信息。分段零件明細表可以從復(fù)制的文件直接得到，也可以通過提取零件屬性得到，后者更方便，特別是當零件被插入到其他圖形中時，這種方式就顯得必不可少。表1給出了雙層底中部分段明細表，表中重心為相對于零件本身基準點。 整理課件表表1 零件數(shù)量、尺寸、

18、質(zhì)量、質(zhì)心明細表零件數(shù)量、尺寸、質(zhì)量、質(zhì)心明細表塊名計數(shù)尺寸(mm)重量 KNXOY平面基準點質(zhì)心X m質(zhì)心Y m質(zhì)心Z m外底板110*4000*64002.509上表面角點2.03.2-0.005肋板1610*1000*100001.428向尾表面角點0.49950.49990.0桁材扶強材610*40*80*64000.414桁材表面腹板角點3.2-0.001170.00533桁材310*1000*64001.882左側(cè)表面角點3.20.49950.005肋板扶強材3210*40*80*8400.289肋板表面腹板角點0.001170.42000.00533縱骨1610*40*80*64

19、001.104底板表面腹板角點0.00117-0.005333.2內(nèi)底板110*4000*64002.509下表面角點2.03.20.005合計7510.135整理課件 建立一體化分段結(jié)構(gòu)三維實體模型和進行相關(guān)操作建立一體化分段結(jié)構(gòu)三維實體模型和進行相關(guān)操作 在上述工作基礎(chǔ)上，建立起一體化的整個分段結(jié)構(gòu)三維實體模型，可以進行整體質(zhì)量特性查詢等相關(guān)操作，快捷準確地得到整個分段的質(zhì)量、質(zhì)心等生產(chǎn)設(shè)計所需的重要信息。v一、將已定義的塊分解v 由于塊不能進行實體集合運算，所以需要對前面定義的所有塊進行分解，使結(jié)構(gòu)成為全部由實體構(gòu)成的模型。然后利用CAD系統(tǒng)提供的實體并集功能，將結(jié)構(gòu)的所有實體合并為一個

20、實體，再利用實體質(zhì)量特性查詢功能，得到整個結(jié)構(gòu)的重量、重心坐標。 整理課件 分解分解v 分解過程要十分注意分解對象的選擇方法。由于定義部件類型塊時一般要包含嵌套塊，所以一次不能分解完成，需要再次選擇塊對象。而分解了一次后，對象中往往就包含了許多實體對象。由于分解命令不僅可以將塊分解成構(gòu)成塊的對象或下一級塊，而且能分解實體等對象，假如要全部選擇了分段結(jié)構(gòu)的所有對象進行分解，其中不是塊的實體對象也會被分解，整理課件 分解分解v接下來就不能合并成包含所有零件的分段結(jié)構(gòu)實體，所以一定要使用對象選擇過濾器選擇對象，只選擇沒有被分解的塊進行分解。方法是使用QSELECT命令彈出過濾選擇對象對話框。從選擇對

21、象類型列表中選擇塊參照，特性中選擇名稱，運算符中選擇全部。這樣就把所有沒有分解的塊都選中了。 整理課件 干涉檢查干涉檢查v 在整個結(jié)構(gòu)零件都被分解為獨立實體的情況下，可以進行實體之間的干涉檢查，既檢查實體之間有沒有共占同一空間的不正確的位置關(guān)系。干涉檢查使用INTERFERE命令。通過干涉檢查，如果發(fā)現(xiàn)實體之間有共占同一空間的不正確的位置關(guān)系，系統(tǒng)會提示并將一對干涉的實體亮顯。這就需要我們對實體之間不正確的位置關(guān)系進行修改，直至正確為止。 整理課件 三、合并三、合并v合并整個結(jié)構(gòu)三維實體零件使用UNION命令。輸入命令后系統(tǒng)會提示選中了多少個對象，這時要注意認真核對整個結(jié)構(gòu)三維實體零件的數(shù)量，

22、確認選中了全部零件。整理課件 四、查詢四、查詢u以所舉雙層底分段為例，設(shè)坐標原點在外底板上表面向尾左舷角點處，XOY平面與外底板上表面重合，X軸為船寬方向，移動分段至上述位置，則查詢結(jié)果為：u重量 KN: 9.976。u重心 MM: X: 2001.9544，Y: 3201.9935，Z: 493.7322u分段質(zhì)量與使用明細表統(tǒng)計計算的結(jié)果比較，數(shù)值基本相同。整理課件 利用三維實體的視圖功能，生成所需視圖利用三維實體的視圖功能，生成所需視圖 手工或二維模式進行生產(chǎn)設(shè)計時，分段各個方向的視圖和各個位置的剖面圖是手工繪制的，而在建立了船體結(jié)構(gòu)三維數(shù)字模型后，可以自動生成這些視圖。當然生成的視圖還需要根據(jù)船體制圖規(guī)定對圖形的線型、線寬、顏色等特性進行適當?shù)呐渲坪吞幚?。圖5為由三維模型自動生成的分段結(jié)構(gòu)視圖。 整理課件 圖圖5 由三維模型自動生成的分段結(jié)構(gòu)視圖由三維模型自動生成的分段結(jié)構(gòu)視圖整理課件 船體曲面建模船體曲面建模 建立船體結(jié)構(gòu)三維數(shù)字模型會有曲面問題，對于單向彎曲曲面，如平行舯體舭部外板和曲線型甲板等，可以采取先定義平行于曲面母線方向的截面面域，再沿垂直于曲面母線截面的曲線拉伸的方法生成曲面。 由于船體構(gòu)件基本都是沿縱向和橫向排列的，所以，建立船體結(jié)構(gòu)三維模型過程中處理不規(guī)則曲面問題主要是求取與不規(guī)則曲面板相