三維放樣法在錨穴結(jié)構(gòu)放樣中的應(yīng)用

趙鵬 楊偉鋒 曾建坤 楊秀峰 曾凡強(qiáng)

摘? ? 要：本文主要闡述通過CAD軟件的三維功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶錨穴結(jié)構(gòu)的三維建模，并進(jìn)行錨穴三維放樣，切取木模拉錨試驗(yàn)所需的樣板、樣箱，完成錨穴相關(guān)零件展開，提供錨穴制作所需數(shù)據(jù)等。充分體現(xiàn)了CAD三維錨穴建模、放樣的優(yōu)點(diǎn)，有效提高錨穴結(jié)構(gòu)放樣效率和拉錨試驗(yàn)質(zhì)量，對(duì)船舶錨穴結(jié)構(gòu)的放樣提供新的思路和方法。

關(guān)鍵詞：三維放樣法 錨穴 拉錨試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：U671.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Application of Three-dimensional Lofting Method in

Lofting of Anchor Recess

ZHAO Peng， YANG Weifeng， ZENG Jiankun， YANG Xiufeng， ZENG Fanqiang

（ CCSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd. Guangzhou 510715 ）

Abstract： This paper mainly describes the realization of three-dimensional modeling of the ship anchor recess through the three-dimensional function of CAD software， carries on the three-dimensional lofting of the anchor recess， cuts out the template and sample box needed for wooden die anchor test， completes the expansion of relevant parts of anchor recess， and Provides the data needed for anchor recess making .The advantages of CAD three-dimensional modeling and lofting of anchor recess are fully embodies in this paper， the lofting efficiency of anchor recess and the quality of anchor test are effectively improved， and a new idea and method for the lofting of ship anchor recess are provided.

Key words： Three-dimensional lofting method; Anchor recess; Anchor test

1? ? 引言

拉錨試驗(yàn)是船舶的必要試驗(yàn)項(xiàng)目。生產(chǎn)單位根據(jù)錨穴型線圖、錨穴結(jié)構(gòu)圖、錨設(shè)備布置圖等，按照1：1完成錨穴結(jié)構(gòu)放樣，再根據(jù)試驗(yàn)要求，制作木模錨箱，通過模擬拉錨過程實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)船起錨、下錨的檢驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整錨箱結(jié)構(gòu)及錨鏈筒角度等相關(guān)放樣數(shù)據(jù)，使拉錨試驗(yàn)最終達(dá)到理想效果。

錨穴結(jié)構(gòu)主要分為隱藏式、半隱藏式兩種，其設(shè)計(jì)和放樣的難度較大。在錨穴結(jié)構(gòu)中，錨鏈筒及錨箱通常與船體成雙向夾角，即分別與船體的橫剖面和縱剖面均存在不同夾角。放樣時(shí)需要進(jìn)行多次投影后才能得到錨箱及錨鏈筒實(shí)際形狀。

錨穴基本為六面體結(jié)構(gòu)（見圖1）。錨穴背板的四個(gè)角點(diǎn)和錨穴與外板相交的四個(gè)角點(diǎn)為組成錨箱體的八個(gè)角點(diǎn)，此八個(gè)角點(diǎn)的坐標(biāo)在錨穴詳細(xì)設(shè)計(jì)圖中均已給出，故可使用CAD三維功能建立簡單的三維模型，以實(shí)現(xiàn)對(duì)錨箱結(jié)構(gòu)的三維放樣。采用此方法不但可以降低放樣難度，而且還能提高錨箱放樣的精度和效率、縮短設(shè)計(jì)周期。

2? ?三維錨穴放樣的基本方法

2.1? 根據(jù)肋骨型線圖在CAD中建立三維模型

（1）以肋骨型線圖的原點(diǎn)為基點(diǎn)將錨穴區(qū)域的肋骨型線，復(fù)制到CAD圖中原點(diǎn)（0，0）處（見圖2），若肋位間距過大可增加半肋位肋骨線進(jìn)行加密;

（2）利用CAD中視圖命令將肋骨型線圖調(diào)整為俯視圖，并根據(jù)船舶肋距做出錨穴區(qū)域的肋位基準(zhǔn)線（見圖3）;

（3）在空間視圖中，將各肋骨型線根據(jù)基點(diǎn)復(fù)制到其對(duì)應(yīng)的肋位基準(zhǔn)面中，完成錨穴區(qū)域肋骨型線空間建模（見圖4）。

2.2? 從錨穴型線圖中量取八個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)并繪入型線空間模型

（1）以其中一個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)（FR138+315、1042、7857）為例，首先在肋位基線處偏移315 mm;

（2）作出此線與船中線交線的垂線，并偏移1042mm;

（3）將FR138+315的肋位基線沿高度方向偏移7857mm，其與垂線交點(diǎn)即為所求頂點(diǎn);

（4）按照此方法作出所有八個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)（見圖5）。

2.3? 調(diào)整八個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)使各平面對(duì)應(yīng)的四個(gè)頂點(diǎn)共面

（1）在調(diào)整頂點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，盡量不要移動(dòng)最低點(diǎn)，若移動(dòng)需保證此點(diǎn)高于吃水位置;

（2）調(diào)整其他頂點(diǎn)位置后的錨箱，不要使其他強(qiáng)結(jié)構(gòu)中斷，并盡量減少需要調(diào)整的坐標(biāo)個(gè)數(shù);

（3）以錨穴背板為例，以給定三點(diǎn)坐標(biāo)做成實(shí)體，在三維模型中查看第4個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)是否在同一平面上，若不在則將其調(diào)整至同一平面上;

（4）采用同樣方法調(diào)整其他幾個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)。因最高點(diǎn)與最低點(diǎn)不宜調(diào)整設(shè)計(jì)位置，故保持八個(gè)頂點(diǎn)中最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的坐標(biāo)不動(dòng);

（5）錨穴為一個(gè)盒子形狀，故與周圍各個(gè)板會(huì)分別相交（見圖6），以圖中第8點(diǎn)為例，可用1、2、7三點(diǎn)及2、4、6三點(diǎn)分別確定平面，而第8點(diǎn)必定在此兩個(gè)平面的交線上，此交線與外板型線交點(diǎn)即為第8點(diǎn)坐標(biāo)值;將127和246面域用繪圖命令中的拉伸命令，拉伸錨穴板零件實(shí)際板厚，然后用修改菜單編輯命令中的差集命令相互截取，得到兩平面交線;取此交線穿過的兩個(gè)相近肋位型線，以及其穿過區(qū)域附近上下兩個(gè)相近水線作為封閉的曲面，通過繪圖菜單曲面網(wǎng)格命令做曲面網(wǎng)格，兩平面交線28與此網(wǎng)格的交點(diǎn)即為所求第8點(diǎn)坐標(biāo)值，可通過此點(diǎn)距離肋位的長度、距離船中的寬度、距離基線的高度來確定此點(diǎn)的船體坐標(biāo)值（見圖6）。采用同樣方法，可求得調(diào)整后的第5點(diǎn)坐標(biāo)值;

（6）因5、6、7、8四點(diǎn)為錨穴與外板交點(diǎn)，且在CAD中所建的三維模型較為簡單，故需根據(jù)船體型線圖對(duì)此四點(diǎn)進(jìn)行核對(duì)。核對(duì)完成后，確定錨穴八個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值并在CAD中初步建出錨箱模型，根據(jù)錨穴型線圖中錨鏈筒的定位數(shù)據(jù)，將錨鏈筒模型繪入錨穴模型之中（見圖7）。

2.4? 根據(jù)CAD模型切出錨箱各部分零件

（1）錨穴背板，即錨穴中與錨鏈筒相接的平面板材零件。用CAD中UCS命令選擇原點(diǎn)及X軸Y軸確定坐標(biāo)系：原點(diǎn)為平面板零件相交兩邊的交點(diǎn);X軸Y軸分別選為此兩邊的方向，以調(diào)整平面坐標(biāo)系XY為平面板所在平面。本文中，原點(diǎn)、X軸和Y軸方向可分別選取2、1、4三點(diǎn)，利用CAD視圖菜單視點(diǎn)預(yù)設(shè)的命令，調(diào)整坐標(biāo)系為沿現(xiàn)有坐標(biāo)系Z軸俯視XY坐標(biāo)系，在此平面上得到的錨穴背板的形狀即為所要放樣錨穴背板零件的實(shí)際形狀;

（2）錨穴圍板，即用于連接錨穴背板與船體外板及封閉錨穴的的錨穴板零件?？捎们笏€面或者肋位線面與錨穴各面相交長度的方法展開錨穴各板零件，本文采用以水線面截取錨箱的展開零件的方法;

（3）在船體型線圖中切出錨穴范圍內(nèi)足夠密的一組水線，以每塊板上有5條以上相交水線為宜，部分區(qū)域可適當(dāng)加密，以保證放樣精度;

（4）將此組水線用繪制肋骨線的方法繪入錨穴三維模型中，在每條水線的平面上做船中線及合適的肋位線做成封閉圖形，用繪圖菜單欄命令中的拉伸命令，可生成一個(gè)帶厚度的水線實(shí)體;同樣做錨穴各板的實(shí)體，可用實(shí)際板厚作為拉伸長度，然后采用修改菜單欄編輯命令中的差集命令，將兩個(gè)實(shí)體取差集，即可在錨穴板零件上取得其與各個(gè)水線的交線，連接交線靠近外板邊的端點(diǎn)，得到一個(gè)封閉的板零件圖形;最后采用上述（1）中CAD調(diào)整坐標(biāo)系的方法，得到所要放樣板的板零件實(shí)形;

（5）以錨穴其中一塊圍板（1、2、4、8四點(diǎn)平面）為例，首先擴(kuò)大下底板面域范圍，使其與外板型線相交線被包含在整個(gè)面域之內(nèi);然后與水線面取差集，得到各水線面交線;

（6）以點(diǎn)1為原點(diǎn)，取12和17兩個(gè)方向做空間三點(diǎn)坐標(biāo)系，調(diào)整視圖并連接各交線端點(diǎn)，可得到下底板展開實(shí)形，最后將多余部分切除即得到所展開的零件;

（7）采用同樣方法，展開錨穴其余板零件，注意錨穴背板需要將錨鏈筒與其貫口展開在板零件板上，此貫口可由實(shí)體截取差集的方法得到。

2.5? 根據(jù)CAD錨穴模型切出錨箱骨架

（1）因?yàn)閷?shí)船尺寸較大，拉錨試驗(yàn)所用木錨箱通常采用按一定比例的方法進(jìn)行制作，故在放樣錨箱骨架時(shí)需考慮縮放后的肋位間距;

（2）在CAD模型中建立對(duì)應(yīng)肋位處實(shí)體模型，并用實(shí)體差集求出錨箱與對(duì)應(yīng)骨架交線;

（3）調(diào)整視圖為船舶橫剖面視圖，可得到對(duì)應(yīng)肋位處骨架實(shí)形;

（4）注意樣臺(tái)高度的限制。本文木錨箱高度需控制在3.2 m以下，同時(shí)木錨箱底座需保留足夠?qū)挾纫灾五^箱，注意保留足夠的拉錨空間（見圖8）;

（5）采用同樣方法作出其他肋位處錨箱骨架樣板，供樣臺(tái)施工制作成品。

3? ?錨穴三維放樣法的優(yōu)點(diǎn)

3.1? 降低放樣難度

采用常規(guī)的放樣方法，錨箱需要多次投影才能放樣出錨穴板零件實(shí)形，對(duì)放樣人員要求較高，且中間步驟容易出錯(cuò);而采用三維放樣法可以更直觀的反應(yīng)整個(gè)放樣過程及所放樣的零件，易于理解掌握。

3.2? 便于錨箱的后續(xù)調(diào)整

一般來說，各種錨結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在拉錨試驗(yàn)時(shí)總會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，此時(shí)需要對(duì)錨箱進(jìn)行調(diào)整，包括錨鏈筒傾角的改變、錨鏈筒直徑的增減和錨穴壁板角度的調(diào)整等。通常的放樣方法，在調(diào)整參數(shù)后需要按同樣流程進(jìn)行放樣;而三維放樣法，僅需在試驗(yàn)現(xiàn)場確定好錨穴各頂點(diǎn)在空間的位置移動(dòng)距離，直接在三維模型中將對(duì)應(yīng)空間坐標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)同樣距離并將各個(gè)坐標(biāo)重新連接，即可得到調(diào)整后的錨穴模型，更快捷的得出修改后錨箱的各個(gè)零件實(shí)形。

3.3? 更直觀的反應(yīng)錨穴結(jié)構(gòu)

在三維模型建好后，可以在各個(gè)視圖中沿著拉錨方向及錨的移動(dòng)位置，放入錨的簡易框架模型，可通過觀察提前發(fā)現(xiàn)錨是否與外板刮碰、錨鏈筒直徑是否足夠等問題，并及時(shí)進(jìn)行修改。

3.4? 利于錨穴周邊肘板加強(qiáng)等結(jié)構(gòu)的建模和放樣

三維錨穴模型放樣制作中，可以較準(zhǔn)確的確定錨穴各個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)值并進(jìn)行調(diào)整，分段建模人員可以方便的對(duì)錨穴壁板零件進(jìn)行建模，簡化了此部分零件的放樣難度，減少了放樣的工作量。

4? ?結(jié)束語

采用三維放樣法對(duì)錨穴結(jié)構(gòu)進(jìn)行放樣，可以更直觀的顯示錨穴結(jié)構(gòu)的整個(gè)放樣過程及錨穴實(shí)際形狀，方便快捷地修改設(shè)計(jì)方案，從而優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1]應(yīng)長春.船舶工藝技術(shù)[M]. 上海交通大學(xué)出版社，2013年.

[2]中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計(jì)使用手冊(cè)，結(jié)構(gòu)分冊(cè)[M]. 國防工業(yè)出? ?版社，2000年.

[3]劉玉君.船舶建造工藝學(xué)[M]. 大連理工大學(xué)出版社，2011年.