3DE平台在船体球鼻艏分段建模方面的应用_何玮.pdf

-83-作者简介：何玮（1987-），男，工程师，船体结构设计。何广勇（1985-），男，工程师，船体结构设计。方李鑫（1995-），男，助理工程师，船体结构设计。3DE3DE 平台在船体球鼻艏分段建模方面的应用平台在船体球鼻艏分段建模方面的应用何 玮何广勇方李鑫（广船国际技术中心）摘要：通过对 3DE 平台在某船球鼻艏分段建模应用操作和优化技巧的展示，从船体专业的角度剖析该软件的优缺点，对船体三维设计有一定指导意义。关键词：3DE 船体建模DOI：10.3969/j.issn.2095-4506.2023.01.0220前言我司于 2019 年首例使用 3DE 平台进行实船项目的生产设计。与常用的 Tribon、AM 等软件不同，3DE 采用的是三维立体视角进行模型搭建、细节优化等步骤，然后利用软件附带程序进行二维图纸的输出、标注等工作。本文通过介绍 3DE 平台进行某船球鼻艏分段的设计过程，对 3DE 设计平台在船舶生产设计方面的特点和优缺点进行讨论。图 1球鼻艏分段立体图图 2球鼻艏分段渲染效果图1球鼻艏分段特点介绍球鼻艏分段最大的特点就是线型复杂，外板曲度高、板缝密集。该分段的完整模型如图 1 和图 2所示。本分段位于本船的最艏端，最宽处半宽仅1200mm 左右，空间狭小、结构复杂存在大量的非正向结构。同时，本分段内包含艏部铸件，铸件安装在分段制作阶段完成，大量结构、外板与铸件需要进行对接。23DE 平台上的球鼻艏分段外板建模3DE 中 分 段 外 板 建 模 并 非使 用 全 船 外 板SURFACE，而是在 SURFACE 中切割出适合本分段大小的面片，作为建模依据。由于 3DE 平台具有强大的空间建模能力，我们可以在本系统中将艏部的铸件完整建模，然后将铸件轮廓输出成为参考面，方便外板建模使用。具体步骤如图 3 至图 9。本分段中，一共使用了 2 个外板参考面片。3DE特 有 的 面 片 截 取 功 能 可 以 很 容 易 的 将 外 板SURFACE 分割，使用较小范围的曲面进行建模，尽量避免由于板架限定条件与复杂曲面交点过多，在结构建模的过程中出现双解甚至多解的情况。33DE 在特殊结构建模上的应用3.1铸件对接结构的建模在对球鼻艏分段结构进行建模的过程中，通过参考铸件轮廓进行建模，可以提高与铸件对接结构的建模准确性，如图 10 所示。与以往的设计软件相比，更为直观和精确，同时减少余量的施放，提高钢材利用率，降低现场施工难度。3.2非正向结构的建模3DE 在建模辅助线、面的设计描绘方面能力十分强大，可以在使用者设定的任意一个平面画出二维的辅助线，如图 11 所示。三维视图建模也可以保证建模者随时校对自己的辅助线定位是否准确。GSI SHIPBUILDING TECHNOLOGY广船科技2023 年第 1 期(总第 164 期)-84-图 3艏部铸件轮廓曲面图 4艏部二甲板以上外板面片图 5艏部二甲板以下外板面片图 6使用铸件轮廓与本分段外板参考面求交进行范围限定图 7使用铸件轮廓与本分段外板参考面求交进行范围限定图 8最终生成的外板板架图 9最终生成的外板板架3.3外板板缝过焊孔的建模3DE 强大的曲面建模能力可以结构建模时提供很多的帮助，在辅助结构定位、复杂结构描述等方面比以往使用的软件要便利。以过焊孔建模为例：在球鼻艏分段，由于外板划分为许多小板件，现场加工后散装，所以需要对于外板焊缝处的结构加开过焊孔。在以往的设计软件中，我们需要先找出外板板缝在相关结构平面的投影定位，然后开孔。而在本软件中，我们可以先在某一平面上以外板板缝的投影为圆心画出需要的过焊孔轮廓，如图 12 所示，然后将该轮廓延外板板缝进行拉伸，得到一个空间曲面，如图 13 所示，然后在所有需要对该外板板缝开过焊孔的结构上，都可以直接拾取空间曲面直接开孔，如图 14 所示，直观且方便。何玮何广勇方李鑫：3DE 平台在船体球鼻艏分段建模方面的应用-85-图 10球鼻艏分段结构与铸件对接示意图图 11非正向坐标辅助线图 12过焊孔轮廓建模图 13过焊孔曲面拉伸图 14过焊孔建模效果图图 15曲面模型余量展示图图 16曲面模型展开投影图图 17板架模型及引用元素示意图43DE 在曲面外板模型输出方面的应用与以往的设计软件不同，3DE 平台将建模与模型后处理进行了分隔，在建模完整后，将模型转换至 PPR 模块再添加坡口、余量等信息。在 PPR 模块中，我们在添加后处理信息后可以很方便的在模型中看到模型的相应变化。图 15 所示为一块外板添加余量后的外形轮廓。其中灰色部分为该板的原始模型，周围绿色线条为添加余量后的轮廓线。本软件还同时显示出了该板展开后的投影外形，如图 16 所示中的红色部分。53DE 平台应用缺点分析本软件与以往常用的软件相比，也存在着一些不足。以本区域为例：在 3DE 平台中，每一个 PANEL（板架）都拥有独立的物理模型，所有引用到的相关元素都会在模型内保留一个轮廓，保证每个PANEL都可以在外部引用元素丢失的情况下独立运算出模型。这种独立的机制可以较大程度的减少由于相邻结构的错误丢失造成的模型大范围报错。然而这种机制也有一个很大的弊端。（下转第 94 页）GSI SHIPBUILDING TECHNOLOGY广船科技2023 年第 1 期(总第 164 期)-94-Cr、Mo 合金元素含量范围的中间值，这样的 316L不锈钢管才能满足使用要求。再通过适当做好不锈钢管钝化施工、制作和安装过程不锈钢管保护、使用维护时按要求用淡水冲洗管路，就可以解决海水管路 316L 不锈钢管路腐蚀穿孔的问题。5结束语导致海水系统 316L 不锈钢管腐蚀穿孔的原因比较复杂，必须通过材质管控并加强不锈钢管钝化质量控制、制作安装过程不锈钢管保护和使用维护等过程控制，才能降低海水对管路腐蚀的影响。其中，在标准和规范的规定范围内，对影响不锈钢耐海水腐蚀能力的合金元素含量进行补充规定，是从源头提高不锈钢管耐海水腐蚀的重要因素。参考文献：1方志刚，高性能船舶用金属材料M，北京：化学工业出版社，2010.投稿日期：2021-6-2李杰周江维：船用 316L 不锈钢管耐海水腐蚀研究（上接第 85 页）图 17 为球鼻艏分段的一个横向非水密结构，单独调出该结构并将其自身结构树上的所有元素进行显示后的结果，可以看出，该 PANEL 引用到了外板曲面等元素，导致该 PANEL 结构树下包含了远超自身大小和复杂度的元素。艏部区域的大部分结构都会引用外板曲面，这就导致了艏部每一个 PANEL 的结构数据量都极其庞大，整个分段包含了许多重复且臃肿的数据。本分段在进行数据生成和计算的时候，就会变得特别缓慢和卡顿，十分影响建模出图的效率。6结束语3DE 平台作为一个全新的系统，与我公司以往所使用的软件在设计理念上也有很大不同，需要花费大量的时间和精力进行摸索，才能确保该软件的顺利应用。本软件在使用的过程中，开阔了使用者的设计思路，带给使用者全新的体验。同时，本软件在船舶制造应用方面仍然存在着一些不足，需要软件设计方与使用方密切沟通合作，以现场生产需求为本，以确保设计模型的准确性和软件环境的稳定性为目标，保证本系统的实船应用项目顺利完成。投稿日期：2020-8-21图 1A 公司 1#试样海水浸泡后表面状态图 2A 公司 2#试样海水浸泡后表面状态