裝配的液艙三維建模與仿真資料

1、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：2006-08-15     瀏覽次數(shù)： 5    字號：大  中  小   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，國家計量標準規(guī)定的計算不確定度為小于0.2%，但這樣的計量標準嚴重

2、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、改建和使用中的各類船舶進行準確的液艙容量檢定，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，因此準確地建立液艙模型就成為了準確計算艙容的關(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Top-Down設(shè)計

3、方法和WAVE全相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)，通過建立引用集，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    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)的生產(chǎn)。    UG/OPEN API

4、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

5、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（Top-Down assembly）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，還有基準面、基準軸和草圖等，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

6、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

7、先建立裝配結(jié)構(gòu)，即裝配關(guān)系，但不建立任何幾何模型。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。                 &#

8、160;               圖2 液艙裝配導(dǎo)航下面用簡單實例來說明實現(xiàn)過程。file:/變量初始化double origin3 = 0.0， 0.0， 0.0;  double csys6 = 1.0， 0.0， 0.0，0.0， 1.0， 0.0;int units;tag_t      instance;file:/設(shè)定創(chuàng)建的新的部件路徑和名稱char  

9、0;    file_name200=""strcat(file_name，file_parth);strcat(file_name，"modelingT_SIZE_XZ.prt");file:/查詢當(dāng)前工作零件的單位UF_PART_ask_units(work_part， &units); file:/創(chuàng)建新的零件文件，零件名為T_SIZE_XZ.prtremove(file_name);    UF_ASSEM_create_component_part(work_part，file

10、_name， NULL， NULL， units， -1， origin， csys， 0， NULL， &instance);    三、相關(guān)性建模技術(shù)在液艙仿真中的應(yīng)用    全相關(guān)產(chǎn)品級設(shè)計技術(shù)WAVE（What if Alternative Value Engineer）即自動推斷的優(yōu)化工程設(shè)計，是全新的總體參數(shù)設(shè)計技術(shù)，是真正的“自頂向下”的全相關(guān)的產(chǎn)品級設(shè)計技術(shù)，是參數(shù)化造型技術(shù)和系統(tǒng)工程設(shè)計的有機結(jié)合。WAVE技術(shù)可以自主獲取各種知識的能力，包括工程、設(shè)計、加工及非幾何上的知識，并把他們整理統(tǒng)一到一起，以便于在產(chǎn)

11、品開發(fā)過程中重新利用和補充。WAVE的本質(zhì)就是通過“自頂向下”的一系列工程參數(shù)控制來驅(qū)動整個產(chǎn)品的總體設(shè)計、功能評估和工程更改。面向產(chǎn)品信息的全相關(guān)是WAVE技術(shù)的最大特點。在產(chǎn)品的裝配設(shè)計中，當(dāng)某個主參數(shù)改變后，產(chǎn)品會按照原來設(shè)定的控制結(jié)構(gòu)、幾何關(guān)聯(lián)性和設(shè)計準則自動地更新產(chǎn)品系統(tǒng)中每一個需要改變的零部件，并確保產(chǎn)品的設(shè)計意圖和整體性。    在液艙自頂向下的設(shè)計過程中，通過采用全相關(guān)產(chǎn)品級設(shè)計技術(shù)WAVE，建立液艙艙體與液艙內(nèi)其他組件之間的幾何關(guān)聯(lián)性，從而實現(xiàn)液艙各部件的相互聯(lián)系，減少建模的工作量和設(shè)計成本，保持建模前后的一致性。液艙的艙體比較復(fù)雜，特別是對于曲

12、面型的液艙來說，液艙艙體的形狀變化就更大了。因此在建立其他的構(gòu)件模塊（如壁墩、艙壁、計量管、集油井和圍井等）時，首先通過建立液艙艙體和構(gòu)件的關(guān)聯(lián)，然后在構(gòu)件建模的過程中，讓構(gòu)件與艙體相接的部分做的大一些，最后通過他們的布爾運算得到所需的構(gòu)件特征，同時對于那些需要從液艙艙體中找到基準的構(gòu)件，艙體和構(gòu)件間的幾何關(guān)聯(lián)則可以使其能夠方便地進行插值，得到造型和計量基準。圖3所示的是液艙模型的WAVE信息。                 

13、0;  圖3 液艙模型WAVE信息    四、參數(shù)化技術(shù)    在一般的CAD系統(tǒng)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

14、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)圖      圖5 等截面壁墩參數(shù)圖    五、實例與結(jié)論    在液艙的三維建模仿真的過程中，通過采用裝配和WAV