复杂圆柱壳结构参数化建模方法及模型库设计

王雪仁　缪旭弘　钱德进　贾地

摘要：针对船舶的主要结构形式——复杂圆柱壳结构，为研究其快速建模方法以实现船舶结构的优化设计，基于隐式参数化模型概念提出参数化模型表征方法，建立其分类和命名体系，给出其参数化建模方式和流程，利用数值仿真工具完成其参数化模型库设计和开发，并应用于某船舶结构的快速建模.算例表明：复杂圆柱壳参数化模型库设计合理，满足复杂圆柱壳结构快速建模和修改的要求.

关键词：船舶； 复杂圆柱壳； 隐式参数化建模； 模型库； 命名规则

中图分类号： U663.9； TP391.9

文献标志码：B

0 引 言

在现代工程设计过程中，“仿真驱动设计”已成为追求的目标.[1]计算机技术的进步以及有限元和边界元等数值仿真方法的不断发展使这一目标正逐步成为现实.对于船舶和飞机等大型复杂结构，仿真模型建立的工作量巨大，且模型的修改和替换往往十分困难，需重新建模，难以满足工程中多方案设计快速分析的要求.实现复杂结构的快速仿真建模，保证其结构零部件在分析时可被快速构建、替换和修改，成为真正实现“仿真驱动设计”理念的前提.模型的参数化是解决这些问题的有效途径，已在汽车和航空等领域中得到成熟应用，并逐步应用于概念方案设计阶段，从而提高产品开发的效率和效益.[2-3]但是，在船舶领域中，特别是在水下航行器方面，仿真模型的开发仍停留在传统建模方式上，效率低，导致仿真分析仍停留在详细设计完成后的局部校核计算上.[4-5]

5 结束语

针对船舶复杂结构，采用基点、基线、梁、横剖

面、接头和自由面等基本要素构建一种新的参数化模型表征方法.通过参数化映射技术实现参数化模型不同结构之间连接关系和约束条件的快速建立；

基于隐式参数化模型实现大型复杂圆柱壳数值仿真模型的快速构建和修改；基于通用仿真软件二次开发构建复杂圆柱壳结构参数化模型库.相关成果可为实现船舶和飞机等以圆柱壳结构为主体结构的快速仿真建模以及 “仿真驱动设计”理念的实现提供参考.

参考文献：

[1] 陆仲绩. 自主CAE涅磐之火[M]. 大连： 大连理工大学出版社， 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] 刘嵩锋， 雷勇军， 李道奎. 汽车起重机车架通用参数化建模和分析系统[J]. 计算机辅助工程， 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， 纪卓尚， 等. 基于参数化表达的船舶结构有限元分析方法[J]. 船舶力学， 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] 缪旭弘， 王雪仁， 贾地， 等. 大型复杂圆柱壳中高频振动噪声仿真计算方法研究[J]. 计算力学学报， 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] 马运义， 许建. 现代潜艇设计原理与技术[M]. 哈尔滨： 哈尔滨工程大学出版社， 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.

（编辑 于杰）

摘要：针对船舶的主要结构形式——复杂圆柱壳结构，为研究其快速建模方法以实现船舶结构的优化设计，基于隐式参数化模型概念提出参数化模型表征方法，建立其分类和命名体系，给出其参数化建模方式和流程，利用数值仿真工具完成其参数化模型库设计和开发，并应用于某船舶结构的快速建模.算例表明：复杂圆柱壳参数化模型库设计合理，满足复杂圆柱壳结构快速建模和修改的要求.

关键词：船舶； 复杂圆柱壳； 隐式参数化建模； 模型库； 命名规则

中图分类号： U663.9； TP391.9

文献标志码：B

0 引 言

在现代工程设计过程中，“仿真驱动设计”已成为追求的目标.[1]计算机技术的进步以及有限元和边界元等数值仿真方法的不断发展使这一目标正逐步成为现实.对于船舶和飞机等大型复杂结构，仿真模型建立的工作量巨大，且模型的修改和替换往往十分困难，需重新建模，难以满足工程中多方案设计快速分析的要求.实现复杂结构的快速仿真建模，保证其结构零部件在分析时可被快速构建、替换和修改，成为真正实现“仿真驱动设计”理念的前提.模型的参数化是解决这些问题的有效途径，已在汽车和航空等领域中得到成熟应用，并逐步应用于概念方案设计阶段，从而提高产品开发的效率和效益.[2-3]但是，在船舶领域中，特别是在水下航行器方面，仿真模型的开发仍停留在传统建模方式上，效率低，导致仿真分析仍停留在详细设计完成后的局部校核计算上.[4-5]

5 结束语

针对船舶复杂结构，采用基点、基线、梁、横剖

面、接头和自由面等基本要素构建一种新的参数化模型表征方法.通过参数化映射技术实现参数化模型不同结构之间连接关系和约束条件的快速建立；

基于隐式参数化模型实现大型复杂圆柱壳数值仿真模型的快速构建和修改；基于通用仿真软件二次开发构建复杂圆柱壳结构参数化模型库.相关成果可为实现船舶和飞机等以圆柱壳结构为主体结构的快速仿真建模以及 “仿真驱动设计”理念的实现提供参考.

参考文献：

[1] 陆仲绩. 自主CAE涅磐之火[M]. 大连： 大连理工大学出版社， 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] 刘嵩锋， 雷勇军， 李道奎. 汽车起重机车架通用参数化建模和分析系统[J]. 计算机辅助工程， 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， 纪卓尚， 等. 基于参数化表达的船舶结构有限元分析方法[J]. 船舶力学， 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] 缪旭弘， 王雪仁， 贾地， 等. 大型复杂圆柱壳中高频振动噪声仿真计算方法研究[J]. 计算力学学报， 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] 马运义， 许建. 现代潜艇设计原理与技术[M]. 哈尔滨： 哈尔滨工程大学出版社， 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.

（编辑 于杰）

摘要：针对船舶的主要结构形式——复杂圆柱壳结构，为研究其快速建模方法以实现船舶结构的优化设计，基于隐式参数化模型概念提出参数化模型表征方法，建立其分类和命名体系，给出其参数化建模方式和流程，利用数值仿真工具完成其参数化模型库设计和开发，并应用于某船舶结构的快速建模.算例表明：复杂圆柱壳参数化模型库设计合理，满足复杂圆柱壳结构快速建模和修改的要求.

关键词：船舶； 复杂圆柱壳； 隐式参数化建模； 模型库； 命名规则

中图分类号： U663.9； TP391.9

文献标志码：B

0 引 言

在现代工程设计过程中，“仿真驱动设计”已成为追求的目标.[1]计算机技术的进步以及有限元和边界元等数值仿真方法的不断发展使这一目标正逐步成为现实.对于船舶和飞机等大型复杂结构，仿真模型建立的工作量巨大，且模型的修改和替换往往十分困难，需重新建模，难以满足工程中多方案设计快速分析的要求.实现复杂结构的快速仿真建模，保证其结构零部件在分析时可被快速构建、替换和修改，成为真正实现“仿真驱动设计”理念的前提.模型的参数化是解决这些问题的有效途径，已在汽车和航空等领域中得到成熟应用，并逐步应用于概念方案设计阶段，从而提高产品开发的效率和效益.[2-3]但是，在船舶领域中，特别是在水下航行器方面，仿真模型的开发仍停留在传统建模方式上，效率低，导致仿真分析仍停留在详细设计完成后的局部校核计算上.[4-5]

5 结束语

针对船舶复杂结构，采用基点、基线、梁、横剖

面、接头和自由面等基本要素构建一种新的参数化模型表征方法.通过参数化映射技术实现参数化模型不同结构之间连接关系和约束条件的快速建立；

基于隐式参数化模型实现大型复杂圆柱壳数值仿真模型的快速构建和修改；基于通用仿真软件二次开发构建复杂圆柱壳结构参数化模型库.相关成果可为实现船舶和飞机等以圆柱壳结构为主体结构的快速仿真建模以及 “仿真驱动设计”理念的实现提供参考.

参考文献：

[1] 陆仲绩. 自主CAE涅磐之火[M]. 大连： 大连理工大学出版社， 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] 刘嵩锋， 雷勇军， 李道奎. 汽车起重机车架通用参数化建模和分析系统[J]. 计算机辅助工程， 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， 纪卓尚， 等. 基于参数化表达的船舶结构有限元分析方法[J]. 船舶力学， 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] 缪旭弘， 王雪仁， 贾地， 等. 大型复杂圆柱壳中高频振动噪声仿真计算方法研究[J]. 计算力学学报， 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] 马运义， 许建. 现代潜艇设计原理与技术[M]. 哈尔滨： 哈尔滨工程大学出版社， 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.

（编辑 于杰）