FORAN軟件在船體結(jié)構(gòu)設計中的應用_圖文(精)

1、FORAN軟件在船體結(jié)構(gòu)設計中的應用胡要武鄭友霖李兆華中國艦船研究設計中心,湖北武漢430064摘要:本文介紹了船舶制造三維設計軟件FORAN結(jié)構(gòu)設計部分的主要模塊和基本思路,通過使用FORAN軟件進行一艘60米級海事巡邏船的船體三維建模來驗證該軟件在結(jié)構(gòu)設計中的適用性,簡述了幾個典型分段結(jié)構(gòu)三維建模的特點。關(guān)鍵詞:FORAN;船體三維建模ApplicationofFORANinHullStructureDesignHuYao-wuZhengYou-linLiZhao-hua(ChinaShipDevelopmentandDesignCenter,Wuhan430064,ChinaAbstra

2、ct:Thispaperintroducesmainstructuraldesignmodulesandbasicideasofshipbuilding3DdesignsoftwareFORAN.Thestructuraldesignadaptabilityofthesoftwareisverifiedbyperforminga60m-classmaritimepatrolvessel3Dhullmodeling.And3Dmodelingfeatureofsometypicalblocksstructureisdescribedhere.Keywords:FORAN;3Dhullmodeli

3、ng1引言FORAN軟件是由西班牙SENER集團開發(fā),集成了船、機、電、涂、舾裝各個專業(yè)的強大設計軟件1。本文主要介紹船體結(jié)構(gòu)設計中的NORM模塊、FHULL模塊,并應用這二個模塊完成一艘60米級海事巡邏船的船體三維建模。該船的主要尺度:總長Loa64.0m型寬B10.2m型深D5.0m結(jié)構(gòu)特點是單層連續(xù)甲板;除機艙外均設有平臺甲板。主船體及上層建筑采用橫骨架式結(jié)構(gòu)。船體結(jié)構(gòu)的三維建模是在船體曲面的定義完成之后,應用FORAN軟件中的NORM和FHULL模塊,定義船體的材料、構(gòu)件形式;定義整條船的所有結(jié)構(gòu),包括曲面板、平板、肋骨框架、縱桁腹板、面板和縱骨等2。NORM模塊是在一個船體的項目里完

4、成材料、構(gòu)件形式等的定義,在三維建模中通過參數(shù)化的方式調(diào)用。FHULL模塊包括兩大部分,即ShellandDecks和InternalStructure。在ShellandDecks模式中能生成甲板橫梁、縱骨、縱桁、甲板板和甲板開口，以及外板區(qū)域上的縱骨、縱桁和肋骨（腹板等高的T型材和角鋼等。在InternalStructure模式中能生成腹板高度變化的T型材肋骨、肋板，縱向不連續(xù)或腹板高度變化的縱桁，縱、橫艙壁上結(jié)構(gòu)件，包括艙壁扶強材、肘板、開孔，以及所有節(jié)點處肘板。2 結(jié)構(gòu)設計的建模思路2.1ShellandDecks建模進入ShellandDecks模式，選擇Worksurface和Zo

5、ne。其中Worksurface是指在線型文件中產(chǎn)生的船體曲面（包括主船體和上層建筑和甲板面（主甲板、主船體艙內(nèi)平臺、各層上層建筑甲板。Zone是根據(jù)項目參與人員分工設定的工作區(qū)域，Zone只在ShellandDecks模式中發(fā)生作用。2.2InternalStructure建模a.建立Bulkhead通過定義平面位置（橫剖面、縱剖面、水平面、任意矢量方向平面來定義Bulkhead。Bulkhead通過平面位置的定義,確定了將要建立的StructuralElement的位置。b.建立StructuralElement在StructuralElement的定義中,選擇該StructuralEle

6、ment的各種屬性,如對稱性、水密性、切口和補板的形式等。2.3利用Block進行分段管理在Norm模塊中,通過定義X、Y、Z的范圍來定義Block。在本項目中,我們按照基本結(jié)構(gòu)圖中的分段劃分和三層上層建筑將全船分為9個Block。3 結(jié)構(gòu)設計分工和約定3.1三維設計分工和相關(guān)命名根據(jù)主船體、上層建筑的尺度劃分為不同的區(qū)域,按參加者承擔的區(qū)域進行分工,并對相應的ZONE和BLOCK命名。內(nèi)容如下:位置設計人員ZONEBLOCK對應二維設計的圖號3.2Shellanddecks環(huán)境下相應構(gòu)件的命名約定主要包括:甲板板、甲板橫梁、甲板縱骨、船殼板、船底縱骨、舷側(cè)縱骨、船底肋骨、舷側(cè)肋骨和板上的開孔

7、。3.3InternalStructural環(huán)境下相應構(gòu)件的命名約定主要包括:肋板、肋骨、底部龍骨、板（縱橫艙壁、平臺、扶強材、艙壁門窗開孔、以及各個位置處的肘板。3.4Bulkhead和StructuralElement的命名確定主船體各分段之間、以及與各層上層建筑之間的工作面,再通過StructuralElement的命名來確定該區(qū)域內(nèi)的構(gòu)件,并且能通過命名來準確判斷和選取所在區(qū)域（分段內(nèi)的StructuralElement。對每一個項目,應創(chuàng)建了該項目的FHULL模塊命名規(guī)則的約定,在設計開始時進行相關(guān)的命名約定。4 結(jié)構(gòu)的三維建模4.1標準庫的建立在NORM模塊下完成標準庫的建立，標準

8、庫給該項目定義一系列材料、構(gòu)件形式、腹板和面板的端部切割形式、板的坡口、裝配方式、型材穿過板的貫穿切口等相關(guān)參數(shù),也可以通過調(diào)用或復制另外一個項目中的數(shù)據(jù)建立標準庫。標準庫按照中國的國家標準和船舶標準,如國家標準的板材庫和常用的型材庫,船舶標準的端部削斜型式、貫穿切口等。還包括了的常用的肘板、各類開孔、板的切口等。對標準庫中構(gòu)件尺寸進行修改或添加后,即可在建模應用中進行調(diào)用。4.2Shellanddeck模塊的應用a.甲板結(jié)構(gòu)甲板結(jié)構(gòu)主要由甲板板、甲板橫梁、甲板強橫梁、甲板縱桁以及甲板開口組成,在shellanddeck模塊下完成。建立板單元需要4根邊界線,分別為2根縱向的Seam線和2根橫向

9、的Butt線。Seam線和Butt線可以通過輔助點和輔助線來建立,FORAN提供了多種生成點和線的命令。甲板板的生成通過對板單元的定義,可以賦予板的材料屬性、板的厚度和理論線的方向等。Butt線自身的位置調(diào)整對于分段板縫線調(diào)整很方便。而且板自動與船體線型進行無縫吻合,保證了結(jié)構(gòu)隨著總體的線型調(diào)整而自動更新。甲板構(gòu)件的生成通過選定Butt線或肋位，確定橫梁的位置。對梁單元進行定義，賦予梁的構(gòu)件類型、尺寸、端部的伸縮量、切口型式等屬性,生成一個橫梁。然后利用梁單元的復制功能，生成其它肋位的橫梁。同時可利用梁單元參數(shù)化屬性的修改功能，生成強橫梁等其它構(gòu)件。按照結(jié)構(gòu)的布置位置，確定縱桁的首、尾端點，完

10、成縱桁單元的定義。賦予縱桁的構(gòu)件類型、尺寸、端部的伸縮量、切口型式等屬性，生成一個縱桁。對于縱骨，也是采用該命令，只是在選取構(gòu)件類型時選擇角材、扁材或球扁鋼。在板和型材的建模過程中，F(xiàn)ORAN提供的型材尺寸選擇、構(gòu)件定位、端部節(jié)點形式、水密和非水密屬性等選項符合船舶設計的特點，加快了設計工作，參數(shù)化的各種屬性設置也方便隨時修改設計方案。b.底部結(jié)構(gòu)與舷側(cè)結(jié)構(gòu)船底板和舷側(cè)外板的定義與甲板板相同。軸包套板的定義則有所不同,要預先在線型文件中根據(jù)軸出口的要求確定外形,才能在shellanddecks模塊下讀出線型,再按照板定義的要求賦予屬性。|ja*F船底板和軸包套板的生成底縱骨和舷側(cè)縱骨按照肋骨型

11、線圖上的要求確定等分點，再選用Longitudinal命令選擇相應的點和投影方向連接成Landing線,最后選定構(gòu)件的尺寸、端部型式和切口等。ftllfllIf.tuTS.Drtl&<50斶IIiwirInTiRTCTiGl/'lCUCfi.0Chu2<1TsbOtriuE«ti.-.riFlDriinhi4leiChtM/KlUhTrcfjL-i匚卩exTErJJlut.4viiL3<Kainidue>:imf-ibF：b»ic«CutQdI:fflurkfln<底縱骨和舷側(cè)縱骨的生成4.3Internalstruc

12、ture模塊的應用a.典型橫剖面結(jié)構(gòu)Kffidt<t>U4逆w謚丿忌/公濘審逗弋抿條農(nóng)匚啞下卩嚴眾2=-c?e匸遛*p擁*p*蔬富華孑廬號用鍛諧塔替薛値普以弘吐粗弔為百含昭主瓷/衣越P&蹴此匿貝疇脹號證熬£囲孑書弋典型橫剖面結(jié)構(gòu)是在Internalstructure模塊中的2D狀態(tài)下實現(xiàn)的，通過建立輔助點和輔助線來定義舷肋骨和底肋板腹板,再添加面板。需要注意的是，為了實現(xiàn)拓撲化功能，最初始的輔助線和點都需要選取船體上的線和點來建立，這樣建立好后的橫剖面才可以復制到相似剖面中去。上圖是機艙分段中帶有軸包套的典型橫剖面的平面模型。b.縱向剖面結(jié)構(gòu)（基座縱桁首先在基座縱

13、桁的位置處建立StructuralElement，然后在這個面建立基座縱桁腹板,再在腹板上添加基座面板,通過調(diào)節(jié)面板的偏置尺寸,來定位面板的位置。小基座的做法與此類似。但是目前對于偏心距離不一致的基座縱桁面板來說，在結(jié)構(gòu)模塊中還不能單獨完成，必須在Fsurf模塊下建好基座縱桁面板的曲面后，才能在這個曲面上來添加面板。c.典型橫艙壁結(jié)構(gòu)ii二屁汀令P紅呈L電昱童特邛眩芒切麗即皿詢啰煤甜寥盤罟徹/尋鞋JZ臟笊.晅聃服腿掠骷第亟“4nUHI714002典型橫艙壁的建立也是根據(jù)施工工藝要求,先劃分板的范圍,然后根據(jù)輔助線來定義板;扶強材通過連接甲板和外板上的加強材上的profilepoint來建立;橫

14、艙壁上的開口通過中心點的定位和參數(shù)化開口完成。扶強材上的肘板通過建立好的肘板節(jié)點庫直接選取構(gòu)件的端點來添加。4.4典型三維結(jié)構(gòu)模型以下給出了幾個主要分段的典型三維結(jié)構(gòu)模型，并對各分段的特點予以簡要的說明。尾部下滑分段結(jié)構(gòu)模型（揭開甲板結(jié)構(gòu)）甲板板、舷側(cè)板和船底板的建模按照板的定義要求完成。底縱骨和舷側(cè)縱骨按照肋骨型線圖上長度和等分的要求確定等分點，再選用Longitudinal命令選擇相應的點和正確的投影方向連接成Landing線，最后選定構(gòu)件的尺寸、端部型式和切口等。這一功能的應用表明該模塊同樣適用于縱骨架式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)?；篮臀查T部分的建模是在ExternalHull中將它們作為外板來處理的，

15、滑道橫梁按Frame生成，尾門扶強材按Longitudinal生成。由于該部分板的形狀不規(guī)則，F(xiàn)ORAN軟件中嚴格要求板必須由兩根縱向而的Seam線和兩根橫向的Butt線生成，為此應制定滑道部分總體線型Line生成約定，對Fsurf模塊生成該部分線型時line的組成和命名作出規(guī)定。機艙分段結(jié)構(gòu)模型機艙分段結(jié)構(gòu)較為復雜，相似剖面較少，并且還有主機基座、小基座、軸包套等特殊結(jié)構(gòu)，因此不能復制所有的剖面；但是可以通過復制局部相似結(jié)構(gòu)來進行。軸包套處底肋板需要與軸包套板關(guān)聯(lián)建立，才能實現(xiàn)拓撲化功能；底肋板上的軸開口中心定位需要圓心沿著主機軸系中心線來定位。主機基座處的橫隔板可以通過與主機基座縱桁建立關(guān)

16、聯(lián)后，復制到有橫隔板的橫剖面上。橫隔板就能實現(xiàn)隨外板線型和主機縱桁面板的變化。油水艙分段結(jié)構(gòu)模型甲板板、舷側(cè)板和船底板的建模按照定義的要求完成。對于舷側(cè)肋骨和實肋板，由于這一部分線型變化較為平緩，構(gòu)件拓撲化的復制功能在這里得到了充分應用。由于該分段油水艙較多，需要根據(jù)舷側(cè)板、頂板的不同位置創(chuàng)建多個Bulkhead和Structureelement,在相應的StructureElement中賦予板、扶強材和開口的屬性。艙的前端按照肋骨型線圖的走向開始逐步彎曲，因此對于#62#72的液艙側(cè)壁，我們在建模時將其近似地分為三個直線段，在每一個直線段中創(chuàng)建一個StructuralElement，從而完成

17、這一段側(cè)壁的建模工作。當然要準確的完成這部分側(cè)壁板的建模工作，并不存在技術(shù)上的困難。需要先用Fsurf模塊根據(jù)該側(cè)壁板的走向創(chuàng)建一個曲面，在該曲面中即可完成結(jié)構(gòu)的建模工作。5主要特點及結(jié)論FHULL模塊的兩個主要工作環(huán)境shellanddeck和internalstructure，能方便地定義甲板、外板、縱橫艙壁和各類構(gòu)件，參數(shù)化和拓撲化的設計理念貫徹在整個工作環(huán)境中。在設計過程中，所有設計數(shù)據(jù)都保存在單一數(shù)據(jù)庫里，設計過程不涉及文件存儲和文件讀取。每次打開的設計數(shù)據(jù)都是來自數(shù)據(jù)庫的最新版本。FORAN軟件是應用較廣泛的造船專用軟件，通過在該項目中的應用，表明FORAN設計系統(tǒng)的船體模塊較好地

18、符合了船體結(jié)構(gòu)設計的工作模式。在完成了全船所有分段的三維建模之后，應用該軟件的FDESIGN模塊完成了3D轉(zhuǎn)2D、出圖及分段重量重心的統(tǒng)計等工作，限于篇幅這里僅對該部分工作做一簡單介紹。通過顏色、線型和層的設置，可以自動生成符合我們制圖標準的各個橫剖面、縱剖面圖及任意剖面的圖，此外，也包括自動生成甲板平面圖、外板展開圖、艙底平面圖。能夠?qū)ι傻钠拭鎴D進行剖切和節(jié)點的放大。尤為突出的是，二維剖面圖是與三維數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)的，在對三維模型進行修改后，只需對二維圖進行刷新，修改的內(nèi)容就可以自動更新。它表明FORAN軟件能直接適用于船體結(jié)構(gòu)的施工設計。當然，要把FORAN軟件優(yōu)勢進一步發(fā)揮和充分應用，我們還需要進一步熟悉和精通軟件的各個模塊，并完善和制定相關(guān)的設計準則。如結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開口、補板的型式、常用的構(gòu)件尺寸等應按我們的習慣和規(guī)范進行定制。為了使設計人員之間的分工明確和專業(yè)內(nèi)部、