基于EFSPD的船首建模研究

魏 斌，马 娟

（江苏联合职业技术学院无锡交通分院船舶工程系，无锡 214151）

0 引 言

目前，中国船舶行业应用较多的CAM（Computer Aided Manufacturing）软件系统，其中，东欣船舶产品设计系统（EFSPD）拥有中国的自主知识产权。EFSPD-H船体设计系统根据船体设计要求（包括：船体总布置图、基本设计图、分段划分图、技术规格书、有关规范规则、建造方针、施工要领，以及由HDSHM船体线型三向光顺系统生成的船体型线等），采用图形交互的方式，进行三维的船体结构产品数据模型的建模，在计算机中先模拟出这艘船[1]。

利用EFSPD-H模块对10500dwt油船的船首建模进行探讨研究并给出了船首（特别是艏柱板）建模的过程及方法。

1 实船选取

船舶类型：10500dwt油船，全船划分为180个理论站；

主尺度： 总长：125.675m ，垂线间长：118.100m，型宽：19.800m，型深：10.800m；

艏部分段模型：F1～F5分段组成（FR156～FR180），艏部分段划分见图1。

2 船首三维建模

根据实船船体的结构特点可知，该船首由曲面板、艏柱板以及支撑曲面板和艏柱板的骨架构成。具体来讲，由外板、甲板板、平面板架以及艏柱板组成，而构成外板和甲板板的列板可看成由纵缝和端缝所围成的曲面板架。

图1 艏部分段划分

整个建模过程可以先进行外板、甲板板及艏柱板的建模，随后再创建支撑曲面板和艏柱板的骨架。

2.1 创建外板及甲板板

由于船体外板是由许多块曲面板通过焊接拼装而成，所以建模过程中应该考虑这些板缝的位置。而板缝位置根据船厂常用板材尺寸确定。

创建的过程如下：

1) 创建曲面板缝；

2) 根据创建好的曲面板缝创建曲面板；

3) 创建曲面型材（同时创建曲面型材边界孔及内孔）。

2.2 创建艏柱板

艏柱板柱缝是一根空间曲线，他无法采用“平面截交线”等常用的曲面板缝的定义方法。

通过“柱面截交线”的方法创建艏柱板柱缝。步骤如下：

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1) 在“板缝定义”窗口中，“板缝类型”选择柱缝；

2) 在“板缝定义”窗口中，“板缝曲线”选项中点击“柱面截交线”，并弹出“拉伸柱面定义”窗口；

3) 在“拉伸柱面定义”窗口中，“方向U”中的“X分量”填写“1”，“方向V”中的“Z分量”填写“1”，所填写的数据“1”表示正向，“-1”表示负向；

4) 在“拉伸柱面定义”窗口中，“准线样条”选择“给定样条点”，所填写的数据格式为：

(1) “U”艏柱板柱缝所在的每一个肋位；

(2) “V”艏柱板柱缝所在的每一个肋位所对应的高度值，具体的数据需根据已进行艏柱放样的图纸中获得，对于本例，具体的参数填写见图2、3；

图2 “准线样条”参数（1）

图3 “准线样条”参数（2）

5) 创建艏柱板柱缝后，即可创建艏柱板，其方法同常见曲面板的创建。

2.3 创建支撑曲面板和艏柱板骨架

图4 平面板架建模过程

2.4 创建锚链筒

根据锚链筒的特点，其主要形式为一个曲面柱形，因此其曲面板缝无法采用“平面截交线”等常用的曲面板缝的定义方法。

为解决该柱面的创建，先创建柱形截面曲线，后采用曲面拉伸方法。步骤如下：

1) 创建一曲线C1，“在船体曲线定义”窗口中，“曲线类型”中点击“空间曲线”，弹出“空间曲线”定义窗口；

2) 根据柱形截面的形式，在“样条点列”中填写“X、Y、Z”的坐标值及“节点类型”，本例的参数填写见图5；

3) 创建完柱形截面曲线后，点击“直纹面定义”按钮，进入下一菜单后点击“边界延伸曲面”按钮，弹出“边界延伸曲面定义”窗口，“曲线”选项中选择之前创建的曲线“C1”，其余根据图纸信息填写各个参数见图6；

图5 “样条点列”参数

图6 “边界延伸曲面定义”参数

4) 创建拉伸柱面后，即可创建锚链筒曲面，创建方法同常见曲面板的创建。

通过对上述四种类型的板架及构件的创建，该船的艏部即创建完成，创建完成的效果见图7。

图7 完工效果

3 结 语

以具体实船船首为例，详细地描述了如何利用东欣船舶产品设计系统中的EFSPD进行船首各个部位的建模，特别是艏柱板及锚链筒的建模。完成对该船船首计算机辅助生产设计的前期工作——船首三维建模。

实践证明：利用 EFSPD可以高效地完成对船首的三维建模，包括较复杂的艏部结构的建模。系统通过显示的船体三维实体模型进行交互建模，将传统CAD的平面二维建模升级为三维立体空间建模，使得生产设计人员能更好地进行船首的数字虚拟建造。从而有效地生成建造系统所需的零件文件及必要的数据文件和船体分段图等[2]。

拥有我国自主知识产权的 EFSPD软件，其操作流程较国外软件更适合国人。本设计结果对船体三维结构建模中较复杂结构建模有参考意义。

[1] 东欣船舶产品设计系统使用说明书[Z]. 2008.

[2] 彭 辉. 船体CAD/CAM[M]. 北京：人民交通出版社，2007.