船体建模技巧

船体建模技巧

周宇华

（江南造船（集团）有限责任公司开发研究部）

摘要船体结构是一个复杂的三维结构，在建模时如何作简化，如何应用MSC.Patran 提供的功能提高建模效率，本文将在这个方面作简单介绍。

1.船体结构的主要特征以及建模前的准备工作

船体结构一般说来是左右对称的，主要由船壳、各层甲板、横向和纵向舱壁、强框架、弱框架以及加强筋等结构组成。结构之间相交形成一个复杂的三维船体结构。对于不同的计算目的，对有限元网格的大小有不同的要求，如振动响应的计算，一般纵向取一个强框架间距的长度，横向取较小一个纵桁间距的长度，垂向应控制各层甲板的位置；如果进行强度计算分析，对全船模型可粗一点，对局部模型应根据求解要求适当细一点。因此在运用Patran建模前，首先根据工作任务确定网格大小，然后根据图纸确定主要构件的位置来预留有限元节点的位置，如各层甲板高度，强框架、横向和纵向舱壁位置，舱室前后左右端位置等信息要明确以减少返工，根据对称性可先建一半模型。

2.Patran 建模技巧

在船体建模过程中几何建模虽是划分网格的基础，但最终目的是划分有限元网格。以某船某一分段结构为例，模型如图1，图2所示。图2中几何信息过多，如使用直接建有限元模型的一些技巧将取到事半功倍的效果。以下介绍几何和有限元建模等的一些技巧。

技巧一 几何建模

船体外板是不规则曲面，输入型值点后，采用Create/Curve/Spline 功能生成外板轮廓线，再使用Create/Surface/Curve 方法生成船体曲面。甲板与船体外板相交的交线是曲线，可先创建甲板中心线，用Create/Curve/Project 功能把中心线向船体曲面投影，投影线即为交线，连接中心线与投影线即创建了甲板的几何模型。几何建模中投影法运用较多。

技巧二 有限元建模

Sweep/Element/Extrude 功能

船上甲板通常是前后端、中心线三边为直线，舷侧一边为曲线，甲板上有纵骨、横梁，甲板还与纵向舱壁相交，这些位置都必须预留节点。通常做法是定义硬点硬线后（见图2）让程序自动划分网格。在建模过程中，利用一维向二维拉升功能就可快速高效地完成建模。首先画甲板中线，再用Create/Mesh/Curve 功能，划分一维单元，然后利用Sweep/Element/Extrude 功能，定义拉升长度、间隔距离，如果等间距还可采用

Mesh Control 控制网格，网格在舷侧可适当拉长使节点穿过舷侧外板，用

Modify/Node/Project//Define Vector 功能使穿过舷侧外板的节点投影到外板上。这种方法大大节约了几何建模的时间，网格位置易于控制，网格质量好，例如图3所示。

图3

梁模型

在船体模型中加强筋通常定义为一维单元，船体上存在大量的加强筋，如能批量生成将节约很多时间。船上的加强筋特点是几乎都是二维单元的一边，因此利用Create/Element/Edit 中定义Bar 的Elem Edge 的方法，选择单元的一边来创建一维单元。通过框选的方法可提高效率。选择前首先要确定在主菜单下Preferences/Picking…//Entity Polygon Picking 选中Enclose entire entity 。

技巧三 Group功能运用

Group分组

Group 功能类似于Autocad中层的概念，但更自由灵活，同一结构可属于不同的Group，分组后便于以后模型修改，加材料特性，看计算结果。例如为了便于加材料特性可简单地分为四组：外板，纵向构件，横向构件以及垂向构件。

Group中Transform功能

由于船体是对称结构，因此只须建一半模型，利用Group/Transform/Mirror功能可使Group中的信息全部镜射过来包括几何、有限元、材料特性以及载荷等所有信息。如对完整的对称结构还要作较大修改时，容易遗漏出错，因此可先把后面对称过去的部分删掉，作修改后再重复Mirror一次。在结构相似的地方可采用Group/Transform/Translate，如中间舱段处，局部地方再作修改。

技巧四并行建模

当工作量较大时须几个人同时建模，此时应统一定义主坐标系、单位制等。建模完成后运用File/Import功能把*.db 文件读入，在连接处作适当手工修改即可。

3．结束语

以上介绍了本人在船体建模中的一些使用技巧与体会， MSC.Patran的功能的确相当强大，充分挖掘已有的功能，灵活使用，必将加快建模进度。

参考文献

1．MSC/PATRAN基础培训教程

2．金咸定、赵德有《船体振动学》，上海交通大学出版社

Methods of Hull Modeling

Zhou Yuhua

R&D Department ，Jiangnan Shipyard (Group) Co., Ltd.

Abstract This article will give a brief on how to simplify the model, how to use the offered function of MSC.Patran to improve the modeling efficiency during the hull modeling.