¬аше окно в мир —јѕ–
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ –екламодател€м
—татьи

10 июн€ 2024

–оль 3D-модели в судостроении

»ван „еранЄв, ведущий инженер-конструктор ¬ыборгского судостроительного завода


¬ данной статье рассматриваетс€ построение параметрической 3D-модели теоретической поверхности наружной обшивки корпуса судна с использованием внутренней системы обработки данных в —јѕ– T-FLEX CAD 17.

—удостроение Ч сложна€ и специфическа€ отрасль машиностроени€, отличительной особенностью которой €вл€етс€ сочетание очень разнообразных конструкций в одном изделии. Ёто металлические, композитные, а порой и дерев€нные и даже железобетонные корпуса, имеющие сложную криволинейную наружную обшивку со множеством плоских панелей и различных балок; разнообразные механические и электрические машины, механизмы и устройства, оборудование корпусов и помещений; изол€ци€, отделка, декор; электроника; многие километры коммуникаций в виде труб и разных кабелей и многое другое. », учитыва€ сложность создаваемого объекта, современный эффективный процесс проектировани€ и постройки судна на всех этапах Ч от эскизных проработок до сдачи заказчику Ч должен быть не только основан на 3D-моделировании, но и об€зательно иметь в своей структуре систему хранени€ данных и управлени€ ими. —хематично этот процесс показан на рис. 1, причем 3D-модель (геометрию) в этой схеме можно назвать физическим отображением проекта, а базы данных Ч информационным его наполнением, которое этой геометрией и управл€ет.

3D-модели в судостроении

–ис. 1. —труктура проекта судна на основе 3D-модели

¬ыделение отдельной системы дл€ хранени€ и обработки данных необходимо дл€ повышени€ эффективности работы с информацией о проекте. Ёто облегчает передачу данных между отдельными част€ми проекта и между разными проектами, позвол€ет быстро создавать различные проектные варианты, хранить их в компактной форме и проводить сравнительный анализ, а также исключает необходимость повторного ввода и дублировани€ информации в разных файлах проекта. ѕо отношению к 3D-модели така€ система может быть как внешней Ч в виде отдельного программного обеспечени€ или отдельных табличных или текстовых файлов, так и внутренней Ч в виде встроенных в используемую дл€ построени€ 3D-модели —јѕ– редакторов работы с переменными и базами данных, хран€щих данные непосредственно в файле 3D-модели. ћожно примен€ть одновременно и внешние, и внутренние хранилища данных.

ƒл€ эффективной работы с системой обработки данных и сама 3D-модель должна быть легко измен€емой: измен€ть свои размеры, форму и структуру в необходимых пределах по заданным значени€м, что должно быть обеспечено используемой дл€ еЄ построени€ —јѕ–.

¬ данной статье, как пример такой 3D-модели, рассматриваетс€ построение параметрической (то есть управл€емой параметрами Ч переменными величинами) 3D-модели теоретической поверхности наружной обшивки корпуса судна (далее Ч модель корпуса) с использованием внутренней системы обработки данных в —јѕ– T‑FLEX CAD 17 на начальном этапе проектировани€ судна.

ќбщий вид модели корпуса и способ еЄ построени€

Ќа рис. 2 показана готова€ 3D-модель корпуса, принадлежащего быстроходному водоизмещающему пассажирскому судну относительно небольших размеров. ¬ ней можно выделить две основные части: днищевую, выделенную цветом, котора€ и €вл€етс€ объектом рассмотрени€, и верхнюю Ч надводную часть основного корпуса с надстройкой, показанную упрощенно, так как еЄ моделирование €вл€етс€ отдельной задачей, здесь не рассматриваемой.

3D-модели в судостроении

–ис. 2. 3D-модель корпуса судна

ƒл€ выбранного в качестве примера судна характерен круглоскулый корпус с узким носом, транцевой кормой с небольшим погружением и пологим подъЄмом днища. ѕоверхность обшивки такого корпуса имеет двойную кривизну и не развЄртываетс€ полностью на плоскость. ќна будет построена по двум наборам кривых:

  • поперечным сечени€м: транцу, двум кормовым и двум носовым сечени€м, форштевню;
  • продольным направл€ющим: профилю кил€ (батокса ƒѕ), ватерлинии при расчЄтной осадке ( ¬Ћ), условной палубной линии (днищева€ часть корпуса в данном случае включает часть наружной обшивки от кил€ до линии слома. ¬ерхней границей моделируемой поверхности будет плоскость, наход€ща€с€ выше этой линии; в дальнейшем при сопр€жении с верхней частью корпуса днищева€ часть отсекаетс€ по линии слома).

Ќа рис. 3 приведены проекции этих кривых, а на рис. 4 показано построение поверхности корпуса операцией “ело по сечени€м (саму операцию рассматривать подробно не станем Ч еЄ построение не представл€ет сложности), наборы линий отмечены разными цветами, а также готова€ поверхность обшивки с этими лини€ми и плоскост€ми ќѕ и ƒѕ.

3D-модели в судостроении

–ис. 3. ѕроекции кривых дл€ построени€ поверхности обшивки

3D-модели в судостроении

–ис. 4. ѕостроение поверхности обшивки операцией Ђ“елої по сечени€м (вверху) и модель поверхности обшивки (внизу)

”правление геометрией с помощью переменных в —јѕ– T‑FLEX CAD 17

ѕараметрические возможности системы T-FLEX CAD позвол€ют с помощью переменных измен€ть размеры геометрических элементов 3D-модели, скрывать или отображать отдельные тела и элементы построени€, например управл€ть видимостью линий в 3D-профиле. Ќа рис. 5 показан общий вид редактора переменных, который используетс€ как основное средство дл€ работы с переменными. «начени€ переменных могут определ€тьс€ разными способами:

  • задаватьс€ пользователем как переменна€ ¬ƒ;
  • приниматьс€ по базе данных (на рисунке примера нет);
  • определ€тьс€ по результатам измерений геометрии, например переменна€ XD;
  • вычисл€тьс€ с использованием математических выражений как переменна€ S_м;
  • выбиратьс€ из нескольких возможных вариантов по условию как переменна€ T.
3D-модели в судостроении

–ис. 5. –едактор переменных в системе T-FLEX CAD

”казанные выше способы работы с переменными позвол€ют производить расчЄты внутри самой 3D-модели, создавать ограничени€ и возможность выбора варианта, получать обратную св€зь с моделью Ч сравнивать результаты замеров по построенной геометрии со значени€ми, к которым стремитс€ пользователь. ¬ данной модели используетс€ очень много переменных, поэтому дл€ большего удобства работы с переменными была создана специальна€ страница Ч диалог (рис. 6). ќн состоит из нескольких блоков, каждый блок св€зан с определЄнной частью модели либо с выполнением св€занных расчЄтов. Ёти блоки переменных будут показаны при рассмотрении построени€ соответствующих им профилей и направл€ющих.  роме того, отметим, что в диалоге, чтобы его не перегружать, отражены не все переменные Ч часть из них, которые предполагалось корректировать лишь изредка, доступна только в редакторе переменных.

3D-модели в судостроении

–ис. 6. ќбщий вид диалога переменных

ќпределение главных размерений проектируемого корпуса

ѕервый блок диалога, показанный на рис. 7 Ч это блок расчЄта главных размерений и относительных показателей корпуса. ќн служит дл€ ввода в модель основных геометрических характеристик корпуса.

¬ этом блоке пользователь указывает необходимые значени€ водоизмещени€ D, плотности воды ρ (выбор пресной или морской воды), коэффициента общей полноты δ и отношени€ L/B. ќтношение B/T может быть задано пользователем или рассчитано по коэффициенту общей полноты. ќсновные размерени€ судна рассчитываютс€ исход€ из уравнени€ D = ρ*δ*L*B*T в пор€дке: B, L, T, по заданным данным, но при этом пользователь может их ограничить либо задать величины размерений вручную на случай, если их расчЄт не требуетс€. ѕри задании вручную ограничени€ не примен€ютс€. ¬ последнем столбце таблицы привод€тс€ величины, которые принимаютс€ в модели. ѕо прин€тым значени€м L, B, T пересчитываютс€ величины коэффициента общей полноты, отношений L/B, B/T. Ёто необходимо при ручном вводе значений размерений или применени€ ограничений. “акже в этом блоке пользователь указывает необходимые коэффициенты продольной полноты φ и полноты ватерлинии α.  оэффициент полноты мидел€ β рассчитываетс€ автоматически. ѕо коэффициентам полноты определ€ютс€ требуемые площади ватерлинии и мидел€. ¬ рассматриваемом варианте модели значени€ площадей не используютс€ напр€мую дл€ построени€ геометрии, они выдаютс€ пользователю как ориентир и примен€ютс€ дл€ расчЄта отклонени€ замеренных по построенной модели характеристик от требуемых.

3D-модели в судостроении

–ис. 7. Ѕлок основных размерений диалога переменных

ѕараметры продольных направл€ющих и их построение

¬торой блок диалога, показанный на рис. 8, содержит в себе параметры первой из продольных направл€ющих Ч  ¬Ћ. —хема построени€ ватерлинии показана на рис. 9, где указаны переменные и выражени€ дл€ задани€ размеров геометрии (имена переменных Ч по рис. 8, символы Ђ=()ї обозначают равенство соответствующих отрезков). Ќосова€ и кормова€ ветви ватерлинии построены отдельно 3D пут€ми как сплайны. ¬ точке их соединени€ (в сечении наибольшей ширины) им задаЄтс€ условие касани€ к линии, параллельной ƒѕ. ƒл€ носовой ветви в точке примыкани€ к ƒѕ задано условие касани€ с линией, проход€щей под углом, заданном переменной Ђугол_2нї.

¬ данном блоке также отображаютс€ некоторые результаты замеров модели: значени€ площади ватерлинии, отклонени€ замера от расчЄтного значени€ и абсциссы центра т€жести ватерлинии (абсолютное и относительное значени€). Ёти значени€ обновл€ютс€ после пересчЄта модели после ввода (и/или изменени€) значений переменных.

¬ерхн€€ кромка (условна€ палубна€ лини€) построена аналогично, но с прив€зкой к верхним точкам поперечных сечений.

3D-модели в судостроении

–ис. 8. Ѕлок параметров  ¬Ћ

3D-модели в судостроении

–ис. 9. —хема построени€ линии  ¬Ћ

3D-модели в судостроении

–ис. 10. Ѕлок параметров батокса в ƒѕ

3D-модели в судостроении

–ис. 11. —хема построени€ линии батокса в ƒѕ

“ретий блок (рис. 10) содержит параметры второй направл€ющей линии Ч батокса в ƒѕ. —хема построени€ батокса показана на рис. 11. ѕостроение этой линии в целом аналогично построению ватерлинии. ”частки между пр€мым форштевнем и горизонтальным килем, а также от горизонтального кил€ до транца стро€тс€ 3D пут€ми Ч сплайнами.  роме крайних точек, сплайны включают в себ€ угловые точки “1 и “2, которые лежат на пересечении линии ќѕ и линий форштевн€ и линии наклона кормовой части днища соответственно. ”глова€ точка в сплайне имеет параметр Ч вес точки, с помощью которого можно управл€ть кривизной сплайна: чем больше величина веса точки, тем ближе сплайн проходит к ней и тем больше кривизна сплайна на этом участке. ¬ес точки “1 задаЄтс€ переменной, вес точки “2 в данной модели установлен равным 1, но и дл€ него при необходимости может быть установлена переменна€.  ормова€ часть линии батокса в ƒѕ также управл€етс€ переменной наклона кил€ у транца. ¬о избежание сбоев построени€ геометрии (при очень малых углах наклона лини€ наклона днища переходит в область носового подъЄма днища) на переменную угла введено ограничение на его минимальное значение; переменна€ не сможет прин€ть значение ниже этого ограничени€.

ѕараметры поперечных сечений и их построение

„етвЄртый блок переменных, показанный на рис. 12, состоит из нескольких маленьких блоков, содержащих переменные поперечных сечений: сечени€ наибольшей ширины (в точке соединени€ носовой и кормовой ветвей ватерлинии), транца, промежуточных сечений Ч кормового (на середине кормовой ветви ватерлинии) и двух носовых (баланс-шпангоутов на середине и в первой четверти носовой ветви ватерлинии, см. рис. 9). Ќосовые сечени€ расположены перпендикул€рно к профилю  ¬Ћ. —тро€тс€ эти сечени€ одинаково с помощью 3D пути-сплайна по трЄм точкам: в ƒѕ, на уровне  ¬Ћ и угловой точке, котора€ задаЄтс€ углами килеватости и наклона борта (см. рис. 13 Ч сечение профил€ наибольшей ширины). ”гловые точки имеют параметр веса, аналогично рассмотренному выше в профиле батокса ƒѕ. ѕрофиль выше  ¬Ћ достраиваетс€ пр€мым отрезком.

Ќекоторое отличие имеет профиль кормового промежуточного сечени€: его параметры рассчитываютс€ по аналогичным параметрам сечени€ наибольшей ширины и сечени€ транца с учЄтом на коэффициент корректировки. Ёто сделано дл€ обеспечени€ плавного изменени€ профил€ от мидел€ к корме, где, в отличие от носовой части, не предполагаетс€ значительных изменений формы шпангоутов.  оэффициенты корректировки позвол€ют в некоторых пределах варьировать форму обвода кормовой части корпуса: при коэффициенте, равном 0, параметр промежуточного сечени€ равен параметру транца; при значении, равном 1, Ч параметру сечени€ наибольшей ширины; при значении, равном 0,5, Ч их среднему арифметическому значению.

“акже в этом блоке отображаютс€ замеренные по перестроенной модели величины погруженных площадей сечени€ наибольшей ширины и транца, и их отношение (площадь транца в процентах от площади сечени€ наибольшей ширины).

3D-модели в судостроении

–ис. 12. Ѕлок параметров поперечных сечений

3D-модели в судостроении

–ис. 13. —хема построени€ линии батокса в ƒѕ

3D-модели в судостроении

–ис. 14. Ѕлок параметров стабилизатора

3D-модели в судостроении

–ис. 15. —хема построени€ стабилизатора

ѕоследним блоком построени€ геометрии €вл€етс€ блок параметров стабилизатора, приведЄнный на рис. 14. —хема построени€ стабилизатора приведена на рис. 15. Ќа положение носовой кромки стабилизатора наложено ограничение Ч нижн€€ точка этой кромки не может располагатьс€ носовее точки “2 (см. рис. 11). —табилизатор в данной модели имеет упрощЄнную форму, рассматривать более подробно его построение мы не будем, но стоит отметить, что ему можно придать совершенно любую форму и управл€ть ею так же, как и геометрией корпуса.

3D-модели в судостроении

–ис. 16. Ѕлок результатов измерени€ модели

ѕоследний блок диалога содержит в себе только результаты измерени€ модели: водоизмещение (с расчЄтом отклонени€ о заданного), площадь смоченной поверхности, абсцисса и аппликата центра величины. —юда могут быть добавлены и другие величины, необходимые пользователю. ќбъединение результатов замеров в отдельный блок не об€зательно, они могут быть размещены и в других блоках (примеры см. выше). «адача этого блока Ч дать пользователю информацию о фактических размерах построенной на рисунке модели дл€ оценки еЄ соответстви€ требуемым характеристикам. –езультаты замеров обновл€ютс€ каждый раз при пересчЄте модели.

ќбеспечение качества поверхности и его контроль

ƒл€ возможности использовани€ модели корпуса судна построенна€ поверхность должна обладать определЄнным качеством, а именно:

  • в ней должны отсутствовать разрывы между смежными гран€ми, которые возникают при построении модели из отдельных сопр€гающихс€ поверхностей, в данной 3D вс€ поверхность строитс€ одной операцией, необходимость в сшивке отсутствует;
  • криволинейные поверхности модели должны быть плавными и ровными, без волн, с плавным изменением кривизны. Ёто достигаетс€ за счЄт оптимального количества кривых дл€ построени€ поверхности, способа их построени€ и их взаимной ув€зки. ѕри слишком малом наборе кривых, возможно, не удастс€ обеспечить нужную форму корпуса, при большом их количестве сильно возрастает сложность геометрической ув€зки сечений, при их недостаточном согласовании поверхность получитс€ волнистой, потребуетс€ еЄ сглаживание. ¬ данной 3D-модели количество профилей и направл€ющих минимально, но достаточно дл€ получени€ нужной формы корпуса. ѕри необходимости в модель могут быть введены дополнительные профили. ѕлавность формы модели также обеспечиваетс€ самим пользователем: при вводе параметров сечений он должен визуально контролировать получаемую поверхность;
  • но в первую очередь необходимо обеспечить построение самой поверхности. “ак, профили одного направлени€ не должны пересекатьс€ (но могут соедин€тьс€ в одной из конечных точек), линии разных направлений, наоборот, должны пересекатьс€, иначе построение поверхности по этим лини€м будет невозможно. ƒл€ обеспечени€ этого услови€ в рассматриваемой модели примен€ютс€ 3D-узлы, которые стро€тс€ при построении линий одного направлени€ (например продольного), а затем используютс€ дл€ прив€зки профилей второго направлени€.

 онтроль качества полученной поверхности можно проводить специальными инструментами: например, на рис. 17 показан контроль гладкости модели (вверху) и контроль кривизны модели (внизу).

3D-модели в судостроении

–ис. 17.  онтроль гладкости и кривизны модели

ќбщий пор€док моделировани€ корпуса судна

ћоделирование корпуса, как и любой творческий процесс, может идти различными пут€ми, в зависимости от поставленных задач. ¬ рассматриваемом примере общий пор€док следующий:

  1. ћоделирование начинаетс€ с модели днищевой части корпуса: по заданным услови€м рассчитываютс€ и (или) задаютс€ главные размерени€ и основные геометрические относительные величины, устанавливаютс€ параметры продольных и поперечных сечений, после чего выполн€етс€ пересчЄт модели;
  2. ѕосле пересчЄта модели автоматически измер€ютс€ фактические геометрические параметры модели, и если они не соответствуют требуемым, то пользователь может скорректировать заданные переменные и снова пересчитать модель. “акие корректировки производ€тс€ до тех пор, пока не будет получена требуема€ форма корпуса;
  3. ѕосле пересчЄта модели кроме проверки геометрических параметров также контролируетс€ качество поверхностей;
  4. ƒалее достраиваетс€ надводна€ часть основного корпуса и надстройка. ƒанна€ часть корпуса также может быть параметризована. —опр€жение днищевой и надводной частей корпуса может производитьс€ по-разному: с плавным переходом, со сломом или с уступом;
  5. ѕосле этого стро€тс€ поверхности транца, €корные ниши и прочие элементы экстерьера, св€занные с наружной обшивкой.

»спользование модели корпуса

¬озвраща€сь к рис. 1, необходимо отметить, что рассмотренна€ модель корпуса судна €вл€етс€ базовым элементом проекта судна. ѕравильно подобранные параметры модели в значительной мере обеспечивают качество всего проекта, и рассмотренный способ управлени€ ими облегчает поиск наиболее оптимального варианта из большого их разнообрази€, имеющегос€ на начальном этапе проектировани€. ќписанна€ модель также может быть использована при исследовательском проектировании судна, так как позвол€ет быстро создать и проанализировать очень большое количество вариантов корпуса.

¬ рассмотренном варианте модель построена в стандартной версии T‑FLEX CAD 17 без применени€ плагинов и прочих специальных инструментов. Ќо дл€ ускорени€ анализа (различных расчЄтов) прорабатываемых вариантов, дальнейшего моделировани€ корпуса и всех остальных элементов судна могут широко примен€тьс€ все возможности различных модулей платформы T-FLEX PLM: создание пользовательских библиотек, специальных API приложений (плагинов), анализ прочности конструкций, технологическа€ подготовка производства, управление проектом и производством.


–еклама. «јќ Ђ“оп —истемыї. erid: 2SDnjcEtDxu



¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: ќ конкуренции на нашем рынке —јѕ–
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

»нформационное моделирование: кто Ђплатит и заказывает музыкуї? — ћари€ «олотова, —офь€ ћинина, ¬ладимир “алапов (18 апрел€ 2024)
isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2024 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.