船體結(jié)構(gòu)3D建模課件

工作任務要求：根據(jù)三視圖及已知尺寸，運用掌握的技能熟練進行雙層底分段三維建模。1可編輯課件PPT

船體結(jié)構(gòu)的三維模型學習目標

學習的知識與能力目標1.了解有關(guān)船體結(jié)構(gòu)三維建模的背景、意義；2.理解和掌握建立船體結(jié)構(gòu)三維模型的方法和過程；3.理解和掌握將零件定義相關(guān)屬性后與零件一起定義成塊、提取屬性的方法和操作過程；4.理解和掌握建立一體化分段結(jié)構(gòu)三維實體模型和進行相關(guān)操作的方法和過程；5.理解和掌握利用三維實體的視圖功能，生成所需視圖的方法和技巧。2可編輯課件PPT

第五章船體結(jié)構(gòu)的三維模型能力目標6.熟練掌握建立船體結(jié)構(gòu)三維模型的方法和過程;7.熟練掌握將零件定義相關(guān)屬性后與零件一起定義成塊、提取船體結(jié)構(gòu)零件屬性的方法和操作過程；8.熟練掌握建立一體化分段結(jié)構(gòu)三維實體模型和進行相關(guān)操作的方法9.利用三維實體的視圖功能，生成所需視圖的方法和技巧；3可編輯課件PPT

教學圖片

一組肋板三維模型4可編輯課件PPT

船體結(jié)構(gòu)三維模型技術(shù)背景、意義及學習內(nèi)容

一、是國內(nèi)外船舶CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢二、船體結(jié)構(gòu)三維模型技術(shù)具有諸多優(yōu)點，被越來越多地應用于船舶CAD/CAM中，提高工作效率和質(zhì)量。三、采用三維實體建模的方式，從方法上是一個質(zhì)的提高四、船體結(jié)構(gòu)三維模型技術(shù)已成為船舶CAD/CAM應用的基礎(chǔ)。

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五、在船體生產(chǎn)設(shè)計中分段結(jié)構(gòu)圖、部件圖、零件圖的繪制，零件明細表的編制，分段重量、重心計算，分段虛擬裝配等均有重要應用.

六、本章以一個常見的雙層底中部分段為例，介紹基于AutoCAD的船體結(jié)構(gòu)三維模型建立及應用，樹立學生由二維向三維模式轉(zhuǎn)變的意識。船體結(jié)構(gòu)三維模型技術(shù)背景、意義及學習內(nèi)容6可編輯課件PPT

建立船體結(jié)構(gòu)的三維模型建模

建立船體結(jié)構(gòu)三維模型的通用軟件有許多種，例如AUTOCAD、SOLIDWORK、SOLIDEGE等，本章以廣大船舶工程技術(shù)人員接觸最多、最熟悉的AUTOCAD為例，介紹基于通用軟件的船體結(jié)構(gòu)三維模型的建立方法，利用其它通用軟件的方法與此會有許多類似之處。AUTOCAD雖然三維功能有限，但其普及程度高、圖形功能強大，一旦掌握了用它進行船體結(jié)構(gòu)三維數(shù)字模型建立方法和過程，再使用其它軟件就顯得相對容易得多了。7可編輯課件PPT

船體結(jié)構(gòu)零件的共同特征與生成零件三維模型的基本方法一、船體結(jié)構(gòu)零件通?？梢苑譃榘宀暮托筒?，板材和型材又可以按其形狀分為平直和曲面類型。二、型材主要采用角綱、T型鋼、球扁鋼等截面類型。三、盡管船體結(jié)構(gòu)零件類型不同、形狀各異，但絕大多數(shù)船體結(jié)構(gòu)零件有一個共同之處，就是可以通過其某個方向截面的拉伸生成零件三維數(shù)字模型。8可編輯課件PPT

四、拉伸的路徑如果是直線，則生成等截面的柱體，如果是曲線則生成等截面的非柱體，矩形截面沿直線拉伸可以生成板材模型。船體結(jié)構(gòu)零件基本上都可以采用截面拉伸生成零件三維模型。五、實體生成的基本過程是，先將生成對象的截面定義成面域?qū)嶓w（面域的邊界一定要完全閉合），再將面域沿著指定的路徑拉伸成三維實體。船體結(jié)構(gòu)零件的共同特征與生成零件三維模型的基本方法9可編輯課件PPT

教學圖片船體結(jié)構(gòu)常見零件類型及特征

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確定零件的基準面、基準點一、零件的基準面、基準點確定的合理，可以使得由零件構(gòu)成結(jié)構(gòu)模型變得簡單、方便，確定零件的基準面、基準點是將零件裝配成船體結(jié)構(gòu)模型的需要。二、所謂零件的基準面一般是零件截面所在的平面，用XOY表示。生成截面就在這個平面上進行操作。在模型空間中，零件的基準面可以根據(jù)零件的幾何特征和空間位置選擇和確定，方法是使用AUTOCAD系統(tǒng)提供的用戶坐標系統(tǒng)UCS的功能。三、對于平直板材通常將基準面設(shè)為與板材平行，曲面板材通常將基準面設(shè)為與板材曲面母線或直紋線方向正交。11可編輯課件PPT

確定零件的基準面、基準點四、對于型材通常將基準面設(shè)為與型材長度方向垂直，如圖2所示。在圖2中，將舭部曲面板基準面XOY設(shè)為與板材曲面母線方向正交，就是為了在基準面XOY上先生成舭部曲面板的截面。五、同理將肋骨基準面XOY設(shè)為與肋骨樣條曲線切線方向正交，在基準面XOY上先生成肋骨的截面。但是生成肋骨要進行一次坐標轉(zhuǎn)換，即先在XOY平面中生成截面，再將XOZ坐標平面轉(zhuǎn)換成XOY坐標平面，在其上繪出肋骨樣條曲線，使生成的肋骨截面沿著這一曲線拉伸成為實體。六、對于圖2中的矩形平直板，如果單純從長方體特征出發(fā)基準面設(shè)在板邊截面和板平面上都可以，但是如果考慮其上面可能有開口的話，如人口、減輕口、通焊口等，就應該將基準面設(shè)置在板平面上。所以圖2中底板、肋板、桁材的坐標基準面都設(shè)置在了其板平面上。12可編輯課件PPT

圖2不同類型零件坐標的基準面

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確定零件的基準面、基準點零件基準點通常選擇在零件邊界的特殊位置，如在板材上確定裝配構(gòu)件一面的角點，型材上確定接觸板材表面的角點，這樣便于確定零件在結(jié)構(gòu)中的位置。使用CAD系統(tǒng)提供的用戶坐標系統(tǒng)UCS操作的方法是從命令行輸入UCS命令或從UCS工具欄中選擇相應圖標，工具欄中的圖標相當于命令提示中的選擇項。輸入命令后提示為：輸入選項[新建(N)/移動(M)/正交(G)/上一個(P)/恢復(R)/保存(S)/刪除(D)/應用(A)/?/世界(W)]<世界>:14可編輯課件PPT

確定零件的基準面、基準點選擇新建（N）后提示：指定新UCS的原點或[Z軸(ZA)/三點(3)/對象(OB)/面(F)/視圖(V)/X/Y/Z]<0,0,0>:可見新建的坐標系相對原坐標系可以是平移、繞某坐標軸旋轉(zhuǎn)、XOY與某對象的面重合或三點共面重合。通過這些操作可以實現(xiàn)零件的生成和定位。例如，當前坐標系XOY面為分段橫剖面時，肋板扶強材截面在XOZ面上，這時需要使用UCS命令新建繞X軸旋轉(zhuǎn)90度的坐標系，并將視圖設(shè)置為新的當前坐標平面。15可編輯課件PPT

生成三維實體零件一些便于在空間直接定位的零件，可以根據(jù)零件基準點直接在零件的空間位置處生成三維實體零件，例如底板、行材等。方法是首先確定分段的空間位置，例如將外底板內(nèi)表面與XOY平面重合，XOZ平面與第一道肋板表面重合，YOZ平面與第一道行材表面重合。至于坐標平面與零件重合在哪側(cè)表面，則按船體理論線規(guī)定。16可編輯課件PPT確定零件基準點在空間的位置，例如外底板角點坐標就應該是X為距第一道行材距離，Y為距第一道肋板距離，Z為零。接下來以此基準點為基準點在相應的基準面上就可以生成所在空間位置處的零件。那些不便于在空間直接定位的零件，可以先在其它地方生成三維實體零件，再在其所依附的零件上定位，共同組合成部件后再定位到應該定位的位置，例如各種扶強材、加強筋等。17可編輯課件PPT

生成三維實體零件對于有開口的零件，例如有人口、減輕口、通焊口等的肋板和桁材，要先將板材和開口在同一坐標平面上定義成面域，再利用系統(tǒng)的求差集的功能，求出板減去開口后的面域，最后根據(jù)板厚生成帶有開口的三維板。定義面域命令是REGION，可以從命令行輸入，或從繪圖菜單和工具欄中選。18可編輯課件PPT

生成三維實體零件注意定義面域?qū)吔缫笫謬栏?，要求邊界線必須完全閉合。所以，對那些邊界線復雜的零件要格外注意。求差集使用SUBTRACT命令，可以從命令行輸入，或從繪圖菜單和工具欄中選。注意面域之間求差集要求面域必須在同一平面。這些命令的使用過程，在此不一一介紹。如果讀者對AUTOCAD的使用不十分深入，請閱讀系統(tǒng)幫助文件。

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根據(jù)結(jié)構(gòu)特點將零件裝配成為部件與實際分段裝配類似，生成分段數(shù)字模型在許多情況下也需要先將零件裝配成部件，再裝配成分段結(jié)構(gòu)，這樣能夠更方便。例如雙層底分段中的肋板與其上的扶強材先一起定義成部件，再作為一個整體進行裝配、復制，要比單獨作為零件處理方便得多。還有桁材等也可以與其上的扶強材先一起定義成部件。系統(tǒng)生成的三維肋板和桁材部件如圖3所示。20可編輯課件PPT

圖3肋板和桁材部件

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裝配生成分段結(jié)構(gòu)三維模型一、裝配順序從下向上，先板材后骨材，部件作為整體裝配二、構(gòu)成分段結(jié)構(gòu)三維模型零件有兩種情況：三、一種是如前所述根據(jù)零件的空間位置，由零件的基準面、基準點直接在相應位置生成。這一過程中要注意利用用戶坐標系和視圖功能。四、一種是將先前在其它位置定義的塊（包括部件塊）插入到相應位置裝配成分段結(jié)構(gòu)三維模型。這一過程中要注意利用塊的插入功能。塊插入時可以重新指定X、Y、Z方向比例、繞Z軸旋轉(zhuǎn)角度和重新輸入插入塊的屬性值。如圖4示。22可編輯課件PPT

圖4分段結(jié)構(gòu)三維模型的生成

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對零件定義相關(guān)屬性后與零件一起定義成塊

AUTOCAD具有定義屬性的功能。所謂定義屬性就是允許用戶在任意位置輸入所需要的字符，這些字符可以顯示在圖形中也可以不顯示在圖形中，屬性值在圖中適當?shù)奈恢蔑@示可以成為文字說明或?qū)α慵臉俗?，設(shè)置為不顯示時，在圖中就看不到屬性。用戶還可以對其進行修改。也就是說，屬性在定義成塊之前與用TEXT命令輸入的字符是一樣的。但是屬性定義成塊以后就具有了兩點與用TEXT命令輸入的字符不一樣的功能：一是每次作為塊插入時可以重新輸入其值，二是可以提取到指定格式的文檔中，例如EXCEL文檔中。24可編輯課件PPT

屬性定義屬性可以單獨定義成塊，也可以與其它圖形對象（包括已經(jīng)定義成塊的）一起定義成塊。通常是定義了與零件相關(guān)的屬性后，再與該零件一起定義成塊。當分段結(jié)構(gòu)中所有零件都與其相關(guān)屬性共同定義成塊后，利用AUTOCAD的屬性提取功能就能提取出這些塊的屬性，就可以得到所有零件的屬性。如果零件的屬性是零件的名稱、尺寸、材料、質(zhì)量、質(zhì)心等內(nèi)容，提取所有零件屬性就得到了分段零件明細表。這對于船體生產(chǎn)設(shè)計是非常有意義的。25可編輯課件PPT

屬性定義定義屬性前，可以先查詢零件實體的質(zhì)量特性，將其中的質(zhì)量、質(zhì)心等信息輸入到屬性定義中，也可以將零件實體的質(zhì)量特性輸出到指定文件，然后在定義塊時建立與該文件的超鏈接。在編輯塊時可以打開超鏈接文件。一般情況下不需要建立零件實體質(zhì)量特性輸出文件的超鏈接，只有在某些特殊情況下才建立，如零件信息比較多或涉及分段定位基準的零件，在屬性表中難于表達的情況下。26可編輯課件PPT

屬性定義查詢零件實體的質(zhì)量特性的方法是使用Massprop命令，或從下拉菜單工具中選擇查詢再選擇下一級面域/質(zhì)量特性項，系統(tǒng)將提示選擇查詢對象，選擇后在文本窗口中顯示查詢結(jié)果，并要求回答是否將結(jié)果輸出到指定文件。例如圖3中的肋板，查詢結(jié)果如下：重量KN:0.089。重心MM:X:499.5249，Y:499.9915，Z:5.0000。

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提取船體結(jié)構(gòu)零件三維模型屬性分段零件明細表是船體生產(chǎn)設(shè)計階段應完成的重要設(shè)計表，它匯總、統(tǒng)計零件數(shù)量、尺寸、質(zhì)量、質(zhì)心等重要信息。手工或二維模式進行生產(chǎn)設(shè)計時，表中的信息多數(shù)是依靠手工完成的，效率底，容易出錯。建立了零件三維數(shù)字模型后，可以先通過查詢得到零件的最大外形尺寸、基點坐標、質(zhì)量、質(zhì)心等重要信息，復制到文件中，然后在零件屬性定義時輸入這些信息。分段零件明細表可以從復制的文件直接得到，也可以通過提取零件屬性得到，后者更方便，特別是當零件被插入到其他圖形中時，這種方式就顯得必不可少。表1給出了雙層底中部分段明細表，表中重心為相對于零件本身基準點。28可編輯課件PPT表1零件數(shù)量、尺寸、質(zhì)量、質(zhì)心明細表塊名計數(shù)尺寸(mm)重量KNXOY平面基準點質(zhì)心Xm質(zhì)心Ym質(zhì)心Zm外底板110*4000*64002.509上表面角點2.03.2-0.005肋板1610*1000*100001.428向尾表面角點0.49950.49990.0桁材扶強材610*40*80*64000.414桁材表面腹板角點3.2-0.001170.00533桁材310*1000*64001.882左側(cè)表面角點3.20.49950.005肋板扶強材3210*40*80*8400.289肋板表面腹板角點0.001170.42000.00533縱骨1610*40*80*64001.104底板表面腹板角點0.00117-0.005333.2內(nèi)底板110*4000*64002.509下表面角點2.03.20.005合計7510.135

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建立一體化分段結(jié)構(gòu)三維實體模型和進行相關(guān)操作在上述工作基礎(chǔ)上，建立起一體化的整個分段結(jié)構(gòu)三維實體模型，可以進行整體質(zhì)量特性查詢等相關(guān)操作，快捷準確地得到整個分段的質(zhì)量、質(zhì)心等生產(chǎn)設(shè)計所需的重要信息。一、將已定義的塊分解由于塊不能進行實體集合運算，所以需要對前面定義的所有塊進行分解，使結(jié)構(gòu)成為全部由實體構(gòu)成的模型。然后利用CAD系統(tǒng)提供的實體并集功能，將結(jié)構(gòu)的所有實體合并為一個實體，再利用實體質(zhì)量特性查詢功能，得到整個結(jié)構(gòu)的重量、重心坐標。30可編輯課件PPT

分解分解過程要十分注意分解對象的選擇方法。由于定義部件類型塊時一般要包含嵌套塊，所以一次不能分解完成，需要再次選擇塊對象。而分解了一次后，對象中往往就包含了許多實體對象。由于分解命令不僅可以將塊分解成構(gòu)成塊的對象或下一級塊，而且能分解實體等對象，假如要全部選擇了分段結(jié)構(gòu)的所有對象進行分解，其中不是塊的實體對象也會被分解，31可編輯課件PPT

分解接下來就不能合并成包含所有零件的分段結(jié)構(gòu)實體，所以一定要使用對象選擇過濾器選擇對象，只選擇沒有被分解的塊進行分解。方法是使用QSELECT命令彈出過濾選擇對象對話框。從選擇對象類型列表中選擇塊參照，特性中選擇名稱，運算符中選擇全部。這樣就把所有沒有分解的塊都選中了。32可編輯課件PPT

干涉檢查

在整個結(jié)構(gòu)零件都被分解為獨立實體的情況下，可以進行實體之間的干涉檢查，既檢查實體之間有沒有共占同一空間的不正確的位置關(guān)系。干涉檢查使用INTERFERE命令。通過干涉檢查，如果發(fā)現(xiàn)實體之間有共占同一空間的不正確的位置關(guān)系，系統(tǒng)會提示并將一對干涉的實體亮顯。這就需要我們對實體之間不正確的位置關(guān)系進行修改，直至正確為止。33可編輯課件PPT

三、合并合并整個結(jié)構(gòu)三維實體零件使用UNION命令。輸入命令后系統(tǒng)會提示選中了多少個對象，這時要注意認真核對整個結(jié)構(gòu)三維實體零件的數(shù)量，確認選中了全部零件。34可編輯課件PPT

四、查詢以所舉雙層底分段為例，設(shè)坐標原點在外底板上表面向尾左舷角點處，XOY平面與外底板上表面重合，X軸為船寬方向，移動分段至上述位置，則查詢結(jié)果為：重量KN:9.976。重心MM:X:2001.9544，Y:3201.9935，Z:493.7322分段質(zhì)量與使用明細表統(tǒng)計計算的結(jié)果比較，數(shù)值基本相同。35可編輯課件PPT

利用三維實體的視圖功能，生成所需視圖

手工或二維模式進行生產(chǎn)設(shè)計時，分段各個方向的視圖和各個位置的剖面圖是手工繪制的，而在建立了船體結(jié)構(gòu)三維數(shù)字模型后，可以自動生成這些視圖。當然生成的視圖還需要根據(jù)船體制圖規(guī)定對圖形的線型、線寬、顏色等特性進行適當?shù)呐渲坪吞幚怼D5為由三維模型自動生成的分段結(jié)構(gòu)視圖。36可編輯課件PPT

圖5由三維模型自動生成的分段結(jié)構(gòu)視圖37可編輯課件PPT

船體曲面建模

建立船體結(jié)構(gòu)三維數(shù)字模型會有曲面問題，對于單向彎曲曲面，如平行舯體舭部外板和曲線型甲板等，可以采取先定義平行于曲面母線方向的截面面域，再沿垂直于曲面母線截面的曲線拉伸的方法生成曲面。由于船體構(gòu)件基本都是沿縱向和橫向排列的，所以，建立船體結(jié)構(gòu)三維模型過程中處理不規(guī)則曲面問題主要是求取與不規(guī)則曲面板相交的縱向和橫向構(gòu)件彎曲形狀，既縱骨和肋骨處型線。38可編輯課件PPT

船體曲面建模借鑒船舶設(shè)計制造中的傳統(tǒng)作法，根據(jù)型值表和型線圖插出縱骨和肋骨型值，