船體結(jié)構(gòu)3D建模.ppt

1、工作任務(wù)要求： 根據(jù)三視圖及已知尺寸，運(yùn)用掌握的技能熟練進(jìn)行雙層底分段三維建模。,船體結(jié)構(gòu)的三維模型,學(xué)習(xí)目標(biāo),學(xué)習(xí)的知識與能力目標(biāo) 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(shí)體模型和進(jìn)行相關(guān)操作的方法和過程； 5.理解和掌握利用三維實(shí)體的視圖功能，生成所需視圖的方法和技巧。,第五章船體結(jié)構(gòu)的三維模型,能力目標(biāo),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)

2、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(shí)體模型和進(jìn)行相關(guān)操作的方法 9. 利用三維實(shí)體的視圖功能，生成所需視圖的方法和技巧；,教學(xué)圖片,一組肋板三維模型,船體結(jié)構(gòu)三維模型技術(shù)背景、意義及學(xué)習(xí)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(diǎn)，被越來越多地應(yīng)用于船舶CAD/CAM中，提高工作效率和質(zhì)量。 三、采用三維實(shí)體建模的方式，從方法上是一個(gè)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(yīng)用的基礎(chǔ)。,五、在船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)中分段結(jié)構(gòu)圖、部件圖、零件圖的繪制，零件明細(xì)表的編制，分段重量、重心計(jì)算，分段虛擬裝配等均有

3、重要應(yīng)用. 六、本章以一個(gè)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(yīng)用，樹立學(xué)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(xué)習(xí)內(nèi)容,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(qiáng)大，一旦掌握了用它進(jìn)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

4、顯得相對容易得多了。,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(gè)共同之處，就是可以通過其某個(gè)方向截面的拉伸生成零件三維數(shù)字模型。,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(shí)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）

5、，再將面域沿著指定的路徑拉伸成三維實(shí)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,教學(xué)圖片 船體結(jié)構(gòu)常見零件類型及特征,確定零件的基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)點(diǎn),一、零件的基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)點(diǎn)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(zhǔn)面、基準(zhǔn)點(diǎn)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(zhǔn)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(gè)平面上進(jìn)行操作。在模型空間中，零件的基準(zhǔn)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(biāo)系統(tǒng)UCS的功能。 三、對于平直板材通常將基準(zhǔn)面設(shè)為與板材平行，曲面板材通常將基準(zhǔn)面設(shè)為與板材曲面母

6、線或直紋線方向正交。,確定零件的基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)點(diǎn),四、對于型材通常將基準(zhǔn)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(zhǔn)面XOY設(shè)為與板材曲面母線方向正交，就是為了在基準(zhǔn)面XOY上先生成舭部曲面板的截面。 五、同理將肋骨基準(zhǔn)面XOY設(shè)為與肋骨樣條曲線切線方向正交，在基準(zhǔn)面XOY上先生成肋骨的截面。但是生成肋骨要進(jìn)行一次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，即先在XOY平面中生成截面，再將XOZ坐標(biāo)平面轉(zhuǎn)換成XOY坐標(biāo)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(shí)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(zhǔn)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

7、，如人口、減輕口、通焊口等，就應(yīng)該將基準(zhǔn)面設(shè)置在板平面上。所以圖2中底板、肋板、桁材的坐標(biāo)基準(zhǔn)面都設(shè)置在了其板平面上。,圖2 不同類型零件坐標(biāo)的基準(zhǔn)面,確定零件的基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)點(diǎn),零件基準(zhǔn)點(diǎn)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(diǎn)，型材上確定接觸板材表面的角點(diǎn)，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(biāo)系統(tǒng)UCS操作的方法是從命令行輸入U(xiǎn)CS命令或從UCS工具欄中選擇相應(yīng)圖標(biāo)，工具欄中的圖標(biāo)相當(dāng)于命令提示中的選擇項(xiàng)。輸入命令后提示為： 輸入選項(xiàng) 新建(N)/移動(M)/正交(G)/上一個(gè)(P)/恢復(fù)(R)/保存(S)/刪除(D)/應(yīng)用(A)/?/世界(W

8、) :,確定零件的基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)點(diǎn),選擇新建（N）后提示： 指定新 UCS 的原點(diǎn)或 Z 軸(ZA)/三點(diǎn)(3)/對象(OB)/面(F)/視圖(V)/X/Y/Z : 可見新建的坐標(biāo)系相對原坐標(biāo)系可以是平移、繞某坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)、XOY與某對象的面重合或三點(diǎn)共面重合。通過這些操作可以實(shí)現(xiàn)零件的生成和定位。例如，當(dāng)前坐標(biāo)系XOY面為分段橫剖面時(shí)，肋板扶強(qiáng)材截面在XOZ面上，這時(shí)需要使用UCS命令新建繞X軸旋轉(zhuǎn)90度的坐標(biāo)系，并將視圖設(shè)置為新的當(dāng)前坐標(biāo)平面。,生成三維實(shí)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(zhǔn)點(diǎn)直接在零件的空間位置處生成三維實(shí)體零件，例如底板、行材等。方法是首先確定分段的空間位

9、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(biāo)平面與零件重合在哪側(cè)表面，則按船體理論線規(guī)定。,確定零件基準(zhǔn)點(diǎn)在空間的位置，例如外底板角點(diǎn)坐標(biāo)就應(yīng)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(zhǔn)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)在相應(yīng)的基準(zhǔn)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(shí)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(yīng)該定位的位置，例如各種扶強(qiáng)材、加強(qiáng)筋等。,生成三維實(shí)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

10、標(biāo)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。,生成三維實(shí)體零件,注意定義面域?qū)吔缫笫謬?yán)格，要求邊界線必須完全閉合。所以，對那些邊界線復(fù)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。,根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將零件裝配成為部件,與實(shí)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

11、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(qiáng)材先一起定義成部件，再作為一個(gè)整體進(jìn)行裝配、復(fù)制，要比單獨(dú)作為零件處理方便得多。還有桁材等也可以與其上的扶強(qiáng)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。,圖3 肋板和桁材部件,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(zhǔn)面、基準(zhǔn)點(diǎn)直接在相應(yīng)位置生成。這一過程中要注意利用用戶坐標(biāo)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(yīng)位置裝配成分段結(jié)構(gòu)三

12、維模型。這一過程中要注意利用塊的插入功能。塊插入時(shí)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。,圖4 分段結(jié)構(gòu)三維模型的生成,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(dāng)?shù)奈恢蔑@示可以成為文字說明或?qū)α慵臉?biāo)注，設(shè)置為不顯示時(shí)，在圖中就看不到屬性。用戶還可以對其進(jìn)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(diǎn)與用TEXT命令輸入的字符不一樣的功能：一是每次作

13、為塊插入時(shí)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。,屬性定義,屬性可以單獨(dú)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(dāng)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(xì)表。這對于船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)是非常有意義的。,屬性定義,定義屬性前，可以先查詢零件實(shí)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

14、實(shí)體的質(zhì)量特性輸出到指定文件，然后在定義塊時(shí)建立與該文件的超鏈接。在編輯塊時(shí)可以打開超鏈接文件。一般情況下不需要建立零件實(shí)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(zhǔn)的零件，在屬性表中難于表達(dá)的情況下。,屬性定義,查詢零件實(shí)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(xiàng)，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: 5.00

15、00。,提取船體結(jié)構(gòu)零件三維模型屬性,分段零件明細(xì)表是船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段應(yīng)完成的重要設(shè)計(jì)表，它匯總、統(tǒng)計(jì)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(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，表中的信息多數(shù)是依靠手工完成的，效率底，容易出錯(cuò)。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(diǎn)坐標(biāo)、質(zhì)量、質(zhì)心等重要信息，復(fù)制到文件中，然后在零件屬性定義時(shí)輸入這些信息。分段零件明細(xì)表可以從復(fù)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(dāng)零件被插入到其他圖形中時(shí)，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(xì)表，表中重心為相對于零件本身基準(zhǔn)點(diǎn)。,表1 零件數(shù)量、尺寸、質(zhì)量、質(zhì)心

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

17、象中往往就包含了許多實(shí)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(shí)體等對象，假如要全部選擇了分段結(jié)構(gòu)的所有對象進(jìn)行分解，其中不是塊的實(shí)體對象也會被分解，,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(shí)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(jìn)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(yùn)算符中選擇全部。這樣就把所有沒有分解的塊都選中了。,干涉檢查,在整個(gè)結(jié)構(gòu)零件都被分解為獨(dú)立實(shí)體的情況下，可以進(jìn)行實(shí)體之間的干涉檢查，既檢查實(shí)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

18、用INTERFERE命令。通過干涉檢查，如果發(fā)現(xiàn)實(shí)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(shí)體亮顯。這就需要我們對實(shí)體之間不正確的位置關(guān)系進(jìn)行修改，直至正確為止。,三、合并,合并整個(gè)結(jié)構(gòu)三維實(shí)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(gè)對象，這時(shí)要注意認(rèn)真核對整個(gè)結(jié)構(gòu)三維實(shí)體零件的數(shù)量，確認(rèn)選中了全部零件。,四、查詢,以所舉雙層底分段為例，設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)在外底板上表面向尾左舷角點(diǎn)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:

19、 493.7322 分段質(zhì)量與使用明細(xì)表統(tǒng)計(jì)計(jì)算的結(jié)果比較，數(shù)值基本相同。,利用三維實(shí)體的視圖功能，生成所需視圖,手工或二維模式進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，分段各個(gè)方向的視圖和各個(gè)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(dāng)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(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲坪吞幚?。圖5為由三維模型自動生成的分段結(jié)構(gòu)視圖。,圖5 由三維模型自動生成的分段結(jié)構(gòu)視圖,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)