基于沪东东欣SPD系统的船体结构建模实践

摘要：我院引入具有自主知识产权的船舶设计软件——沪东东欣SPD系统辅助教学，通过对船体不同分段结构建模实践，总结了常见结构的建模方法和技巧，可供船厂相关人员及船舶专业师生参考，教学中将模型应用于船舶结构与制图、船体放样等课程教学，加深了学生对结构和图纸的理解，深化了教学改革。

关键词：船舶CAD；结构建模；沪东SPD

中图分类号：U662.9 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）27-0095-03

0 引言

本文主要介绍沪东东欣SPD系统常用结构建模方法，沪东东欣SPD系统是一款功能强大、操作便捷的国产船舶设计系统，广泛应用于船企和院校[1]。其船体设计功能主要包括平面板架建模、曲面板架建模、肘板建模、图纸及报表生成等。通过对船体不同位置进行建模实践，并可以利用系统积极进行教学改革[2]，引导学生认知船体结构、理解船体图纸、进行船体放样切割与装配等，从而提高教学效果，提高学生实操能力[3]。

该系统的结构建模过程是：进行初始化，首先建立一个工程（一般把一艘船作为一个工程），在工程里定义坐标定位面，获取线型，定义甲板，建立图册和模型，生成基本曲线，复制系统标准库到本工程，分段定义。然后进行船体结构建模，包括曲面板架平面板架及肘板等结构的建模。之后利用模型就可以进行图纸生成、图面处理、报表生成、数据提取等。

1 常用结构建模

船体结构的建模主要包括曲面板架、平面板架还有肘板的建模。

1.1 曲面板

曲面板架建模包括板和型材的建模。曲面板架的构建过程为：首先建立板缝，然后选择板缝边界并填写参数生成板，然后建立扶强材。板和扶强材都可以开孔。

图1中a、b是比较典型的两种曲面板形式，图c相对比较综合的应用。

a的板缝比较简单，可以直接用平面截交线。

b除了平面截交线，曲面角隅处的板缝需要用柱面截交线生成，这里采用给定样条，根据船体坐标，原点为（0，0，0） ，方向U填写X分量1，方向V填写Y分量1，样条列表中每一行的（U，V） 表示所取的点坐标，行数就是取的点数，默认自动填写在第一行第一列，每一行的第一列表示该点与下一点的连接半径，0表示直线相连，E表示椭圆弧相连，第二列和第三列为U和V值，例如这段柱面线填写的样条值为（5，FR83+200，8075） （0，FR84+50， 8075） （0，FR84+50， 8175） （-E，FR86+50，8875） （0，FR86+100，8875） 。

图2是曲面上的型材示例，这类骨材的创建较简单，一般是利用船体迹线排布型材，或者定义船体曲线来进行定位。骨材上还可开孔，还可根据实际灵活设置骨材端部形式参数。

1.2 平面板架

船体中平面板架建模较多，比如舱壁板、强构件腹板、平台板等，这些都可以用平面板架来构建。平面板架的构建过程是定义板架属性，定义板边界，定义板厚板缝，定义内孔边界孔贯穿孔、定义扶强材等。板架的边界形状多样，平面板架的构建难点是板边界的定义，可灵活运用平面曲线、自由边等方式建立边界，板上扶强材定义较容易，主要是定位和端部形式需要注意一下，以下通过几个平面板架的构建来说明平面板架建模方法。

1.2.1 开孔板

图3是比较常见的几种开孔板，图中a开口是不规则曲线内孔，b开口是边界孔，规则落地方孔，c开口是规则腰圆内孔。其中规则孔比较容易，直接选用合适的孔类型即可，不规则孔一般把不规则边定义为曲线，利用曲线生成曲线孔或者曲线边界，比如a是生成曲线孔，b是边界孔，b也可以不用开边界孔的方式，把孔作为板的边界曲线，定义曲线边界，修改板边界的方式也可以实现。

以a为例，这种板的建立方法：（1） 根据板所在位置定义板架属性、边界以及板厚；（2） 定义封闭曲线C1，也就是内孔的曲线，这个曲线创建比较简单，可以用边界偏移带半径参数的方式，具体数据根据孔的具体尺寸确定；（3） 定义内孔，内孔类型为曲线孔，曲线为定义的曲线C1；（4） 定义内孔面板，比如采用150*12 FB，起始端和终止端的连接方式为5，端部形式1100；（5） 根据具体平面板，可再定义板缝、定义边界孔、定义贯穿孔。

b、c板的建立就相对比较容易了，可以直接开边界孔和内孔。隔板、肋板、舱壁板、底桁材的建立方式都可以采用这种方式。

1.2.2 腹板高度变化的强构件

图4是比较常见的强构件，a是腹板端部升高的强半横梁，b是强横梁和强肋骨组成的框架，强构件腹板一般可用平面板建模，腹板高度不变的强构件可以直接用直线就可，高度不同的边界曲线生成方式比较灵活，可灵活应用曲线段的生成方式。

a中腹板边界的创建可以用定义拓扑点，然后连接拓扑点形成曲线，也可以直接用CAD线进行转化。这种是比较简单的一个位置的腹板高度变化，多个位置腹板高度有变化的创建方法类似，就是建的拓扑点或者转化的CAD线不一样而已。

拓扑点的定义方式：可以把组成边界曲线的各直线段的端点定义成拓扑点，然后连接拓扑点形成曲线的各样条段即可。

CAD线转换的方式：可以在板平面上绘出边界曲线的CAD线，然后曲线的样条段用CAD线转化即可。

b这种强框架的腹板建立也比较灵活，腹板边界为曲线加直线，曲线可以采用边界偏移带半径参数的方式，直线部分可以输坐标可以用拓扑点也可以用CAD线转化，定义方式：（1） 根据该结构所在位置定义板架属性；（2） 明确的边界可以先定义，右下曲线部分，可以先大概拉一条线作为边界；（3） 定义曲线C1，上半部分曲线可以采用上边界和左边界偏移加半径参数的方式，圆弧半径需要注意一下方向，如果圆弧朝向反了，需要在半径前加负号；（4） 曲线下部分为直线段，直线段可以用CAD转化，也可以用定义拓扑点连成直线的方式；（5） 根据具体结构型式定义面板，比如采用150*12FB，定位在左下曲线边界，起始端的连接方式为4，端部形式为1 100，终止端的端部形式为1 402，40，30；（6） 根据该段结构，可再定义板缝、边界孔、贯穿孔、加强筋等。

1.2.3 用平面板架定义的舭肘板

图5是几种不同方式建立的舭肘板形式，a用曲线，b是用自由边，c较简单，用板架剖面线。

不规则边界用曲线建立的过程，比如舭肘板a的建立可以采取：（1） 根据该结构所在位置定义板架属性；（2） 明确的边界可以先定义，右下曲线部分，可以先大概拉一条线作为边界，比如这里的边界可以是shell，内底板->内底纵骨->大概位置拉的一条线->外底纵骨；（3） 定义曲线C1，比如图示a右曲线段可以分为2个样条段，第一条shell偏移250，第二条是确定的Z值带半径150；（4） 根据具体端部型式定义面板，比如采用150*12 FB，定位在左下曲线边界，起始端的连接方式为4，35，端部形式为1 402，50，终止端的连接方式也一样；1.2.4 根据该段结构，可再定义边界孔、贯穿孔、加强筋等。

不规则边界用自由边建立的方式，比如舭肘板b 的建立可以采取：（1） 根据该结构所在位置定义板架属性；（2） 明确的边界可以先定义，右边界曲线部分，可以先大概拉一条线作为边界，比如这里的边界可以是内底板->大概位置拉的一条线->shell；（3） 右边界曲线部分可以用自由端定义，连接方式可以选用RT1T2，比如这里起始端位置可以取Y1=L14，趾端250，终止端Y2=L14，趾端250，R取300，T1和T2取45度；（4） 根据该段结构，可再定义边界孔、贯穿孔、加强筋等。

1.3 肘板

系统中肘板分为两边界肘板和三边界肘板，如图6所示，还可以设置折边或面板形式，增加加强筋以及开内孔等。

a和b是两边界肘板，根据所处位置选择肘板边界类型，选择好边界后，定义各连接参数，以a为例，比如这里是位于甲板纵骨和舷侧纵骨间的一个梁肘板，主边界为甲板和舷侧，辅助边界为两根纵骨，A端和B端的参数都可用S=0，H=-15来定义，选择AB端连接参数，这里可以选用FB3（参数A1=0，A2=0，R=200），并开好边界孔，定义好肘板形状后，可以根据结构形式具体选择是否需要折边或面板，是否需要加强筋或开孔等。

c和d是三边界折边肘板，根据所处位置选择肘板边界类型，选择好边界后，定义各连接参数，以b为例，比如这里是位于外壳、平台和纵舱壁三个主边界间的一个大肘板，辅助边界为舷侧纵骨和舱壁扶强材，A端和B端的参数都可用S=0，H=-15来定义，选择AB端连接参数，这里可以选用FB1（参数R=1 750），并开好边界孔，定义好肘板形状后，可以根据结构形式具体选择是否需要折边或面板，是否需要加强筋或开孔等。

1.4 其他一些常见结构

1.4.1 箱型中底桁

箱型中底桁的建立主要是内外底横骨的建立，以外底横骨为例：（1） 根据该结构所在位置定义板架属性；（2） 明确的边界可以先定义，上边界可以先大概拉一条线作为边界，比如这里的边界可以是左侧板->shell->右侧板->大概拉的一条线；（3） 修改上边界，定义为自由端，选择LR1T1R2T2形式的连接方式，根据具体参数，输入起始端位置Z1=600及趾端20，输入终止端位置Z2=600及趾端20，输入连接方式的R值250 和T值44，以及Line值440；（4） 根据该段结构具体形式，可再定义扶强材、边界孔、贯穿孔等。

1.4.2 支柱

支柱的建立方式，比如图8钢管型支柱：（1） 首先在型材标签里定义一个标签，比如PI100；（2） 在型材规格里添加所需要的钢管尺寸，比如280*10D；（3） 定义一根曲线，支柱沿着这条曲线建立，假设这里建立一条空间曲线，样条点列取（FR84，3 000，15 00） 和（FR84，3 000，10 000） ；（4） 建立曲面型材，选择刚定义的曲线，定义的标签，型材规格，起始端和终止端的端部连接选择4，端部形式1 100；（5） 定义支柱上下垫板，在合适的Z处定义垫板板架属性，边界选择用简单闭合线，参数选择圆心坐标（FR84，3 000） ，给一个半径比如R190，之后定义板厚；（6） 定义肘板。

1.4.3 常用端部形式

以扁钢为例，图9a和b是常用W和S端部形式，系统提供的端部形式比较多，可以根据具体的结构形式进行选择，不同的型材编码首位不同，扁钢以1开头，a 采用1 110端部形式，开R35的通焊孔。b采用1 302端部形式，削斜30度，留根15。扁钢有时作为面板，端部形式会出现其他形式，比如图9c，这种形式上端的端部形式可以选择1 402的形式，下端的端部形式可以选择1 900，参数可以取（1 900，50，50，15，300，90，15） 。

2 总结

利用SPD系统进行船体结构建模，方便快速，本文整理总结了一些常用结构的建模方法技巧，可供船厂相关人员及在校师生参考，提高建模速度。同时积极应用到船体结构与制图、船体放样等专业课程的教学与实训，学生易于理解，提高了学习兴趣，提高教学效果，学生在全国职业院校船舶与海洋工程 CAD/CAM 技能大赛及全国海洋航行器设计与制作大赛实践中连续多届获得一等奖[4-5]。

参考文献

[1] 丘秉焱，伍蓉晖，杨岩，等.SPD软件在船舶生产设计中的应用[J].广东造船，2014，33（3）：59-61.

[2] 周卫鹏，王庆丰，孙剑.船舶与海洋工程概论课程教学的思考与实践[J].科教导刊-电子版（下旬），2020（7）：128-129.

[3] 刘辉，李志辉，吴向君，等.以能力为导向的实战化课程教学改革与实践[J].实验室科学，2021，24（6）：108-110，113.

[4] 徐超，田洪雨，李加庆.船舶结构课程教学思考及改进方法研究[J].珠江水运，2024（14）：36-38.

[5] 杜友威，田玉芹，周新院.船体结构设计课程模块项目化教学研究与实践[J].船舶职业教育，2018，6（5）：34-36+72.

【通联编辑：李雅琪】