裝配的液艙三維建模與仿真資料

1、裝配的液艙三維建模與仿真 作者：     來源：CAD世界網(wǎng)     發(fā)表時(shí)間：2006-08-15     瀏覽次數(shù)： 5    字號(hào)：大  中  小   一、引言    液艙是國(guó)際間石油、化工等產(chǎn)品貿(mào)易結(jié)算、運(yùn)輸費(fèi)結(jié)算的主要計(jì)量器具之一，也是國(guó)內(nèi)液貨貿(mào)易交接的重要計(jì)量器具。當(dāng)前，國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的計(jì)算不確定度為小于0.2%，但這樣的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重

2、滯后于市場(chǎng)的需求。例如一條15萬噸的油輪，按照當(dāng)前汽油價(jià)格3210元/噸，每個(gè)航次會(huì)給用戶帶來大約96萬元的損失。因此對(duì)新建、改建和使用中的各類船舶進(jìn)行準(zhǔn)確的液艙容量檢定，直接關(guān)系到我國(guó)國(guó)內(nèi)外貿(mào)易的經(jīng)濟(jì)利益和聲譽(yù)。    由于船體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是占實(shí)際艙容約99的型艙容（型艙容是指由前后艙壁、縱艙壁、艙底、舷側(cè)及液面組成的不考慮艙內(nèi)固定構(gòu)件所占據(jù)的容積空間）在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)近似計(jì)算存在的誤差較大，因此準(zhǔn)確地建立液艙模型就成為了準(zhǔn)確計(jì)算艙容的關(guān)鍵和研究熱點(diǎn)。    本文提出的液艙三維建模與仿真方法，運(yùn)用裝配概念，采用Top-Down設(shè)計(jì)

3、方法和WAVE全相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)，通過建立引用集，對(duì)液艙的艙體和構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)化建模。可通過仿真在多種浮態(tài)下艙貨區(qū)的空間及各艙液面的分布情況，建立基于裝配的高精度液艙三維仿真模型，為以后艙容的準(zhǔn)確定量奠定基礎(chǔ)。    二、裝配技術(shù)在液艙建模仿真中的應(yīng)用    UG是面向制造行業(yè)的CAD高端軟件，可以數(shù)字化地定義和獲取三維產(chǎn)品信息。特別是UG強(qiáng)大的造型功能、裝配功能和全相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)更是在業(yè)界遙遙領(lǐng)先，并廣泛地應(yīng)用于汽車、航天、航空、機(jī)械、造船和消費(fèi)產(chǎn)品等工業(yè)的生產(chǎn)。    UG/OPEN API

4、是UG與外部應(yīng)用程序之間的接口，是一系列函數(shù)和過程的集合。開發(fā)者可以通過用C語言編程來調(diào)用這些函數(shù)和過程，從而實(shí)現(xiàn)用戶的需要。    液艙構(gòu)件的種類和數(shù)量特別多，僅用常規(guī)手工建模方式得到的液貨艙模型是由很多特征組成的三維液艙模型，在仿真過程中不能以部件為單位進(jìn)行操作，不利于仿真過程的實(shí)現(xiàn)。采用裝配的建模方式能夠使構(gòu)件和艙體成為裝配件中的獨(dú)立單元，用戶可以方便地對(duì)船體構(gòu)件進(jìn)行管理。當(dāng)前市場(chǎng)上存在大量不同的船型和一些改裝船，這些不同類型的船之間有些構(gòu)件是形狀相似的，可以用同一個(gè)程序?qū)@些構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)建模，提高建模效率。采用裝配的方法對(duì)液艙部件進(jìn)行模塊化處理，增強(qiáng)了程序

5、的通用性。同時(shí)裝配技術(shù)的采用，使得在建模過程中更容易進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查。    自頂向下裝配（Top-Down assembly）是自裝配件的頂級(jí)結(jié)點(diǎn)生成子裝配和組件，在裝配層次上建立和編輯組件，從裝配件的頂級(jí)開始自頂向下進(jìn)行設(shè)計(jì)建模，該裝配設(shè)計(jì)方法既符合人們的設(shè)計(jì)習(xí)慣，又能提高建模效率，便于使用程序自動(dòng)建模，因此本文采用自頂向下裝配的方法進(jìn)行建模。在裝配建模的過程中，建立自己的引用集，大大地減少了裝配件中的信息，例如一個(gè)部件中除了實(shí)體圖形外，還有基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸和草圖等，而我們?cè)谘b配時(shí)只需要實(shí)體圖形，那么我們就定義一個(gè)只包含實(shí)體圖形的引用集。引用集一旦建立，就可以單獨(dú)地

6、裝配到裝配件中。    液艙的種類和形式很多，通過對(duì)相似構(gòu)件和液艙進(jìn)行分類歸納，得到液艙構(gòu)件和類型如圖1所示。                                圖1  液艙構(gòu)件和類型    按照“自頂向下”的思想，首

7、先建立裝配結(jié)構(gòu)，即裝配關(guān)系，但不建立任何幾何模型。然后使其中的組件成為工作部件，并在其中建立幾何模型，即在上下文中進(jìn)行設(shè)計(jì)，邊設(shè)計(jì)邊裝配。在建立組件的過程中設(shè)定組件的引用集，引用所要顯示的部件對(duì)象。例如本例是某油船液艙的三維仿真模型，其裝配關(guān)系如圖2所示：頂上兩級(jí)不包括任何信息，三級(jí)組件依次為計(jì)量管模型、自定義類型橫艙壁、槽型橫艙壁、橫壁墩、槽型縱艙壁、變截面類型縱壁墩、等截面類型縱壁墩和艙體文件。                 &#

8、160;               圖2 液艙裝配導(dǎo)航下面用簡(jiǎn)單實(shí)例來說明實(shí)現(xiàn)過程。file:/變量初始化double origin3 = 0.0， 0.0， 0.0;  double csys6 = 1.0， 0.0， 0.0，0.0， 1.0， 0.0;int units;tag_t      instance;file:/設(shè)定創(chuàng)建的新的部件路徑和名稱char  

9、0;    file_name200=""strcat(file_name，file_parth);strcat(file_name，"modelingT_SIZE_XZ.prt");file:/查詢當(dāng)前工作零件的單位UF_PART_ask_units(work_part， &units); file:/創(chuàng)建新的零件文件，零件名為T_SIZE_XZ.prtremove(file_name);    UF_ASSEM_create_component_part(work_part，file

10、_name， NULL， NULL， units， -1， origin， csys， 0， NULL， &instance);    三、相關(guān)性建模技術(shù)在液艙仿真中的應(yīng)用    全相關(guān)產(chǎn)品級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)WAVE（What if Alternative Value Engineer）即自動(dòng)推斷的優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，是全新的總體參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)，是真正的“自頂向下”的全相關(guān)的產(chǎn)品級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)，是參數(shù)化造型技術(shù)和系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合。WAVE技術(shù)可以自主獲取各種知識(shí)的能力，包括工程、設(shè)計(jì)、加工及非幾何上的知識(shí)，并把他們整理統(tǒng)一到一起，以便于在產(chǎn)

11、品開發(fā)過程中重新利用和補(bǔ)充。WAVE的本質(zhì)就是通過“自頂向下”的一系列工程參數(shù)控制來驅(qū)動(dòng)整個(gè)產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)、功能評(píng)估和工程更改。面向產(chǎn)品信息的全相關(guān)是WAVE技術(shù)的最大特點(diǎn)。在產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)中，當(dāng)某個(gè)主參數(shù)改變后，產(chǎn)品會(huì)按照原來設(shè)定的控制結(jié)構(gòu)、幾何關(guān)聯(lián)性和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則自動(dòng)地更新產(chǎn)品系統(tǒng)中每一個(gè)需要改變的零部件，并確保產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖和整體性。    在液艙自頂向下的設(shè)計(jì)過程中，通過采用全相關(guān)產(chǎn)品級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)WAVE，建立液艙艙體與液艙內(nèi)其他組件之間的幾何關(guān)聯(lián)性，從而實(shí)現(xiàn)液艙各部件的相互聯(lián)系，減少建模的工作量和設(shè)計(jì)成本，保持建模前后的一致性。液艙的艙體比較復(fù)雜，特別是對(duì)于曲

12、面型的液艙來說，液艙艙體的形狀變化就更大了。因此在建立其他的構(gòu)件模塊（如壁墩、艙壁、計(jì)量管、集油井和圍井等）時(shí)，首先通過建立液艙艙體和構(gòu)件的關(guān)聯(lián)，然后在構(gòu)件建模的過程中，讓構(gòu)件與艙體相接的部分做的大一些，最后通過他們的布爾運(yùn)算得到所需的構(gòu)件特征，同時(shí)對(duì)于那些需要從液艙艙體中找到基準(zhǔn)的構(gòu)件，艙體和構(gòu)件間的幾何關(guān)聯(lián)則可以使其能夠方便地進(jìn)行插值，得到造型和計(jì)量基準(zhǔn)。圖3所示的是液艙模型的WAVE信息。                 

13、0;  圖3 液艙模型WAVE信息    四、參數(shù)化技術(shù)    在一般的CAD系統(tǒng)中，參數(shù)化是指設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型，可以用一組參數(shù)來確定設(shè)計(jì)對(duì)象，參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而可使設(shè)計(jì)的結(jié)果受尺寸的驅(qū)動(dòng)。在船體結(jié)構(gòu)中，大量構(gòu)件的定位和定形都可由一定的尺寸參數(shù)控制，這是船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以應(yīng)用參數(shù)化技術(shù)的基礎(chǔ)。    在參數(shù)化建模的過程中，首先需要抽取各個(gè)零部件的總體參數(shù)，即與總布置有關(guān)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)。這些參數(shù)可分為兩類：    形狀參數(shù)：它決定

14、總成部件的大小與形狀；    位置參數(shù)：它決定總成部件的布置方位。    通過這些總體參數(shù)可以建立部件的三維模型，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。下面以槽型縱艙壁和等截面縱壁墩為例進(jìn)行說明。    如圖4所示，可以通過定義槽型縱艙壁的形狀參數(shù)（L，T，B，b和類型），位置參數(shù)（F1和F2）以及槽型個(gè)數(shù)，來實(shí)現(xiàn)槽型縱艙壁的參數(shù)化建模，如圖5所示；可以通過定義壁墩的形狀參數(shù)（a，b，h，H和類型）和位置參數(shù)（距艙底BL）來定義壁墩。通過參數(shù)化技術(shù)能夠大幅提高建模效率，增強(qiáng)建模通用性，對(duì)于其他液艙構(gòu)件建模時(shí)會(huì)顯示出更大的優(yōu)點(diǎn)。         圖4 槽型縱艙壁參數(shù)圖      圖5 等截面壁墩參數(shù)圖    五、實(shí)例與結(jié)論    在液艙的三維建模仿真的過程中，通過采用裝配和WAV