復(fù)雜圓柱殼結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模方法及模型庫設(shè)計

王雪仁　繆旭弘　錢德進　賈地

摘要：針對船舶的主要結(jié)構(gòu)形式——復(fù)雜圓柱殼結(jié)構(gòu)，為研究其快速建模方法以實現(xiàn)船舶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，基于隱式參數(shù)化模型概念提出參數(shù)化模型表征方法，建立其分類和命名體系，給出其參數(shù)化建模方式和流程，利用數(shù)值仿真工具完成其參數(shù)化模型庫設(shè)計和開發(fā)，并應(yīng)用于某船舶結(jié)構(gòu)的快速建模.算例表明：復(fù)雜圓柱殼參數(shù)化模型庫設(shè)計合理，滿足復(fù)雜圓柱殼結(jié)構(gòu)快速建模和修改的要求.

關(guān)鍵詞：船舶； 復(fù)雜圓柱殼； 隱式參數(shù)化建模； 模型庫； 命名規(guī)則

中圖分類號： U663.9； TP391.9

文獻標志碼：B

0 引 言

在現(xiàn)代工程設(shè)計過程中，“仿真驅(qū)動設(shè)計”已成為追求的目標.[1]計算機技術(shù)的進步以及有限元和邊界元等數(shù)值仿真方法的不斷發(fā)展使這一目標正逐步成為現(xiàn)實.對于船舶和飛機等大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，仿真模型建立的工作量巨大，且模型的修改和替換往往十分困難，需重新建模，難以滿足工程中多方案設(shè)計快速分析的要求.實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的快速仿真建模，保證其結(jié)構(gòu)零部件在分析時可被快速構(gòu)建、替換和修改，成為真正實現(xiàn)“仿真驅(qū)動設(shè)計”理念的前提.模型的參數(shù)化是解決這些問題的有效途徑，已在汽車和航空等領(lǐng)域中得到成熟應(yīng)用，并逐步應(yīng)用于概念方案設(shè)計階段，從而提高產(chǎn)品開發(fā)的效率和效益.[2-3]但是，在船舶領(lǐng)域中，特別是在水下航行器方面，仿真模型的開發(fā)仍停留在傳統(tǒng)建模方式上，效率低，導(dǎo)致仿真分析仍停留在詳細設(shè)計完成后的局部校核計算上.[4-5]

5 結(jié)束語

針對船舶復(fù)雜結(jié)構(gòu)，采用基點、基線、梁、橫剖

面、接頭和自由面等基本要素構(gòu)建一種新的參數(shù)化模型表征方法.通過參數(shù)化映射技術(shù)實現(xiàn)參數(shù)化模型不同結(jié)構(gòu)之間連接關(guān)系和約束條件的快速建立；

基于隱式參數(shù)化模型實現(xiàn)大型復(fù)雜圓柱殼數(shù)值仿真模型的快速構(gòu)建和修改；基于通用仿真軟件二次開發(fā)構(gòu)建復(fù)雜圓柱殼結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型庫.相關(guān)成果可為實現(xiàn)船舶和飛機等以圓柱殼結(jié)構(gòu)為主體結(jié)構(gòu)的快速仿真建模以及 “仿真驅(qū)動設(shè)計”理念的實現(xiàn)提供參考.

參考文獻：

[1] 陸仲績. 自主CAE涅磐之火[M]. 大連： 大連理工大學(xué)出版社， 2012： 28-34.

[2] VOLZ K， DUDDECK F. Crash optimization of bodies in the concept stage of vehicle development[C]//Proc 3rd MIT Conf Comput Fluid & Solid Mech. Cambridge， 2005.

[3] 劉嵩鋒， 雷勇軍， 李道奎. 汽車起重機車架通用參數(shù)化建模和分析系統(tǒng)[J]. 計算機輔助工程， 2010， 19（4）： 58-61.

LIU Songfeng， LEI Yongjun， LI Daokui. Universal parametrization modeling and analysis system of truck crane frame[J]. Comput Aided Eng， 2010， 19（4）： 58-61.

[4] 于雁云， 林焰， 紀卓尚， 等. 基于參數(shù)化表達的船舶結(jié)構(gòu)有限元分析方法[J]. 船舶力學(xué)， 2008， 12（1）： 74-79.

YU Yanyun， LIN Yan， JI Zhuoshang， et al. Hull structure parametric FEM analysis[J]. J Ship Mech， 2008， 12（1）： 74-79.

[5] 繆旭弘， 王雪仁， 賈地， 等. 大型復(fù)雜圓柱殼中高頻振動噪聲仿真計算方法研究[J]. 計算力學(xué)學(xué)報， 2012， 29（1）： 124-128.

MIAO Xuhong， WANG Xueren， JIA Di， et al. A numerical simulation method for predicting sound and vibration characteristics of big and complex cylindrical structures[J]. Chin J Comput Mech， 2012， 29（1）： 124-128.

[6] 馬運義， 許建. 現(xiàn)代潛艇設(shè)計原理與技術(shù)[M]. 哈爾濱： 哈爾濱工程大學(xué)出版社， 2012： 179-230.

[7] ZIMMER H， PRABHUWAINGANKAR M， DUDDECK F. Topology & Geometry based structure optimization using implicit parametric models and LS-OPT[C]//Proc 7th European LS-DYNA Conf. Salzburg， 2009.

（編輯 于杰）

摘要：針對船舶的主要結(jié)構(gòu)形式——復(fù)雜圓柱殼結(jié)構(gòu)，為研究其快速建模方法以實現(xiàn)船舶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，基于隱式參數(shù)化模型概念提出參數(shù)化模型表征方法，建立其分類和命名體系，給出其參數(shù)化建模方式和流程，利用數(shù)值仿真工具完成其參數(shù)化模型庫設(shè)計和開發(fā)，并應(yīng)用于某船舶結(jié)構(gòu)的快速建模.算例表明：復(fù)雜圓柱殼參數(shù)化模型庫設(shè)計合理，滿足復(fù)雜圓柱殼結(jié)構(gòu)快速建模和修改的要求.

關(guān)鍵詞：船舶； 復(fù)雜圓柱殼； 隱式參數(shù)化建模； 模型庫； 命名規(guī)則

中圖分類號： U663.9； TP391.9

文獻標志碼：B

0 引 言

在現(xiàn)代工程設(shè)計過程中，“仿真驅(qū)動設(shè)計”已成為追求的目標.[1]計算機技術(shù)的進步以及有限元和邊界元等數(shù)值仿真方法的不斷發(fā)展使這一目標正逐步成為現(xiàn)實.對于船舶和飛機等大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，仿真模型建立的工作量巨大，且模型的修改和替換往往十分困難，需重新建模，難以滿足工程中多方案設(shè)計快速分析的要求.實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的快速仿真建模，保證其結(jié)構(gòu)零部件在分析時可被快速構(gòu)建、替換和修改，成為真正實現(xiàn)“仿真驅(qū)動設(shè)計”理念的前提.模型的參數(shù)化是解決這些問題的有效途徑，已在汽車和航空等領(lǐng)域中得到成熟應(yīng)用，并逐步應(yīng)用于概念方案設(shè)計階段，從而提高產(chǎn)品開發(fā)的效率和效益.[2-3]但是，在船舶領(lǐng)域中，特別是在水下航行器方面，仿真模型的開發(fā)仍停留在傳統(tǒng)建模方式上，效率低，導(dǎo)致仿真分析仍停留在詳細設(shè)計完成后的局部校核計算上.[4-5]

5 結(jié)束語

針對船舶復(fù)雜結(jié)構(gòu)，采用基點、基線、梁、橫剖

面、接頭和自由面等基本要素構(gòu)建一種新的參數(shù)化模型表征方法.通過參數(shù)化映射技術(shù)實現(xiàn)參數(shù)化模型不同結(jié)構(gòu)之間連接關(guān)系和約束條件的快速建立；

基于隱式參數(shù)化模型實現(xiàn)大型復(fù)雜圓柱殼數(shù)值仿真模型的快速構(gòu)建和修改；基于通用仿真軟件二次開發(fā)構(gòu)建復(fù)雜圓柱殼結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型庫.相關(guān)成果可為實現(xiàn)船舶和飛機等以圓柱殼結(jié)構(gòu)為主體結(jié)構(gòu)的快速仿真建模以及 “仿真驅(qū)動設(shè)計”理念的實現(xiàn)提供參考.

參考文獻：

[1] 陸仲績. 自主CAE涅磐之火[M]. 大連： 大連理工大學(xué)出版社， 2012： 28-34.

[2] VOLZ K， DUDDECK F. Crash optimization of bodies in the concept stage of vehicle development[C]//Proc 3rd MIT Conf Comput Fluid & Solid Mech. Cambridge， 2005.

[3] 劉嵩鋒， 雷勇軍， 李道奎. 汽車起重機車架通用參數(shù)化建模和分析系統(tǒng)[J]. 計算機輔助工程， 2010， 19（4）： 58-61.

LIU Songfeng， LEI Yongjun， LI Daokui. Universal parametrization modeling and analysis system of truck crane frame[J]. Comput Aided Eng， 2010， 19（4）： 58-61.

[4] 于雁云， 林焰， 紀卓尚， 等. 基于參數(shù)化表達的船舶結(jié)構(gòu)有限元分析方法[J]. 船舶力學(xué)， 2008， 12（1）： 74-79.

YU Yanyun， LIN Yan， JI Zhuoshang， et al. Hull structure parametric FEM analysis[J]. J Ship Mech， 2008， 12（1）： 74-79.

[5] 繆旭弘， 王雪仁， 賈地， 等. 大型復(fù)雜圓柱殼中高頻振動噪聲仿真計算方法研究[J]. 計算力學(xué)學(xué)報， 2012， 29（1）： 124-128.

MIAO Xuhong， WANG Xueren， JIA Di， et al. A numerical simulation method for predicting sound and vibration characteristics of big and complex cylindrical structures[J]. Chin J Comput Mech， 2012， 29（1）： 124-128.

[6] 馬運義， 許建. 現(xiàn)代潛艇設(shè)計原理與技術(shù)[M]. 哈爾濱： 哈爾濱工程大學(xué)出版社， 2012： 179-230.

[7] ZIMMER H， PRABHUWAINGANKAR M， DUDDECK F. Topology & Geometry based structure optimization using implicit parametric models and LS-OPT[C]//Proc 7th European LS-DYNA Conf. Salzburg， 2009.

（編輯 于杰）

摘要：針對船舶的主要結(jié)構(gòu)形式——復(fù)雜圓柱殼結(jié)構(gòu)，為研究其快速建模方法以實現(xiàn)船舶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，基于隱式參數(shù)化模型概念提出參數(shù)化模型表征方法，建立其分類和命名體系，給出其參數(shù)化建模方式和流程，利用數(shù)值仿真工具完成其參數(shù)化模型庫設(shè)計和開發(fā)，并應(yīng)用于某船舶結(jié)構(gòu)的快速建模.算例表明：復(fù)雜圓柱殼參數(shù)化模型庫設(shè)計合理，滿足復(fù)雜圓柱殼結(jié)構(gòu)快速建模和修改的要求.

關(guān)鍵詞：船舶； 復(fù)雜圓柱殼； 隱式參數(shù)化建模； 模型庫； 命名規(guī)則

中圖分類號： U663.9； TP391.9

文獻標志碼：B

0 引 言

在現(xiàn)代工程設(shè)計過程中，“仿真驅(qū)動設(shè)計”已成為追求的目標.[1]計算機技術(shù)的進步以及有限元和邊界元等數(shù)值仿真方法的不斷發(fā)展使這一目標正逐步成為現(xiàn)實.對于船舶和飛機等大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，仿真模型建立的工作量巨大，且模型的修改和替換往往十分困難，需重新建模，難以滿足工程中多方案設(shè)計快速分析的要求.實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的快速仿真建模，保證其結(jié)構(gòu)零部件在分析時可被快速構(gòu)建、替換和修改，成為真正實現(xiàn)“仿真驅(qū)動設(shè)計”理念的前提.模型的參數(shù)化是解決這些問題的有效途徑，已在汽車和航空等領(lǐng)域中得到成熟應(yīng)用，并逐步應(yīng)用于概念方案設(shè)計階段，從而提高產(chǎn)品開發(fā)的效率和效益.[2-3]但是，在船舶領(lǐng)域中，特別是在水下航行器方面，仿真模型的開發(fā)仍停留在傳統(tǒng)建模方式上，效率低，導(dǎo)致仿真分析仍停留在詳細設(shè)計完成后的局部校核計算上.[4-5]

5 結(jié)束語

針對船舶復(fù)雜結(jié)構(gòu)，采用基點、基線、梁、橫剖

面、接頭和自由面等基本要素構(gòu)建一種新的參數(shù)化模型表征方法.通過參數(shù)化映射技術(shù)實現(xiàn)參數(shù)化模型不同結(jié)構(gòu)之間連接關(guān)系和約束條件的快速建立；

基于隱式參數(shù)化模型實現(xiàn)大型復(fù)雜圓柱殼數(shù)值仿真模型的快速構(gòu)建和修改；基于通用仿真軟件二次開發(fā)構(gòu)建復(fù)雜圓柱殼結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型庫.相關(guān)成果可為實現(xiàn)船舶和飛機等以圓柱殼結(jié)構(gòu)為主體結(jié)構(gòu)的快速仿真建模以及 “仿真驅(qū)動設(shè)計”理念的實現(xiàn)提供參考.

參考文獻：

[1] 陸仲績. 自主CAE涅磐之火[M]. 大連： 大連理工大學(xué)出版社， 2012： 28-34.

[2] VOLZ K， DUDDECK F. Crash optimization of bodies in the concept stage of vehicle development[C]//Proc 3rd MIT Conf Comput Fluid & Solid Mech. Cambridge， 2005.

[3] 劉嵩鋒， 雷勇軍， 李道奎. 汽車起重機車架通用參數(shù)化建模和分析系統(tǒng)[J]. 計算機輔助工程， 2010， 19（4）： 58-61.

LIU Songfeng， LEI Yongjun， LI Daokui. Universal parametrization modeling and analysis system of truck crane frame[J]. Comput Aided Eng， 2010， 19（4）： 58-61.

[4] 于雁云， 林焰， 紀卓尚， 等. 基于參數(shù)化表達的船舶結(jié)構(gòu)有限元分析方法[J]. 船舶力學(xué)， 2008， 12（1）： 74-79.

YU Yanyun， LIN Yan， JI Zhuoshang， et al. Hull structure parametric FEM analysis[J]. J Ship Mech， 2008， 12（1）： 74-79.

[5] 繆旭弘， 王雪仁， 賈地， 等. 大型復(fù)雜圓柱殼中高頻振動噪聲仿真計算方法研究[J]. 計算力學(xué)學(xué)報， 2012， 29（1）： 124-128.

MIAO Xuhong， WANG Xueren， JIA Di， et al. A numerical simulation method for predicting sound and vibration characteristics of big and complex cylindrical structures[J]. Chin J Comput Mech， 2012， 29（1）： 124-128.

[6] 馬運義， 許建. 現(xiàn)代潛艇設(shè)計原理與技術(shù)[M]. 哈爾濱： 哈爾濱工程大學(xué)出版社， 2012： 179-230.

[7] ZIMMER H， PRABHUWAINGANKAR M， DUDDECK F. Topology & Geometry based structure optimization using implicit parametric models and LS-OPT[C]//Proc 7th European LS-DYNA Conf. Salzburg， 2009.

（編輯 于杰）