復雜圓柱殼結構參數化建模方法及模型庫設計

王雪仁　繆旭弘　錢德進　賈地

摘要：針對船舶的主要結構形式——復雜圓柱殼結構，為研究其快速建模方法以實現船舶結構的優化設計，基于隱式參數化模型概念提出參數化模型表征方法，建立其分類和命名體系，給出其參數化建模方式和流程，利用數值仿真工具完成其參數化模型庫設計和開發，并應用于某船舶結構的快速建模.算例表明：復雜圓柱殼參數化模型庫設計合理，滿足復雜圓柱殼結構快速建模和修改的要求.

關鍵詞：船舶； 復雜圓柱殼； 隱式參數化建模； 模型庫； 命名規則

中圖分類號： U663.9； TP391.9

文獻標志碼：B

0 引 言

在現代工程設計過程中，“仿真驅動設計”已成為追求的目標.[1]計算機技術的進步以及有限元和邊界元等數值仿真方法的不斷發展使這一目標正逐步成為現實.對于船舶和飛機等大型復雜結構，仿真模型建立的工作量巨大，且模型的修改和替換往往十分困難，需重新建模，難以滿足工程中多方案設計快速分析的要求.實現復雜結構的快速仿真建模，保證其結構零部件在分析時可被快速構建、替換和修改，成為真正實現“仿真驅動設計”理念的前提.模型的參數化是解決這些問題的有效途徑，已在汽車和航空等領域中得到成熟應用，并逐步應用于概念方案設計階段，從而提高產品開發的效率和效益.[2-3]但是，在船舶領域中，特別是在水下航行器方面，仿真模型的開發仍停留在傳統建模方式上，效率低，導致仿真分析仍停留在詳細設計完成后的局部校核計算上.[4-5]

5 結束語

針對船舶復雜結構，采用基點、基線、梁、橫剖

面、接頭和自由面等基本要素構建一種新的參數化模型表征方法.通過參數化映射技術實現參數化模型不同結構之間連接關系和約束條件的快速建立；

基于隱式參數化模型實現大型復雜圓柱殼數值仿真模型的快速構建和修改；基于通用仿真軟件二次開發構建復雜圓柱殼結構參數化模型庫.相關成果可為實現船舶和飛機等以圓柱殼結構為主體結構的快速仿真建模以及 “仿真驅動設計”理念的實現提供參考.

參考文獻：

[1] 陸仲績. 自主CAE涅磐之火[M]. 大連： 大連理工大學出版社， 2012： 28-34.

[2] VOLZ K， DUDDECK F. Crash optimization of bodies in the concept stage of vehicle development[C]//Proc 3rd MIT Conf Comput Fluid & Solid Mech. Cambridge， 2005.

[3] 劉嵩鋒， 雷勇軍， 李道奎. 汽車起重機車架通用參數化建模和分析系統[J]. 計算機輔助工程， 2010， 19（4）： 58-61.

LIU Songfeng， LEI Yongjun， LI Daokui. Universal parametrization modeling and analysis system of truck crane frame[J]. Comput Aided Eng， 2010， 19（4）： 58-61.

[4] 于雁云， 林焰， 紀卓尚， 等. 基于參數化表達的船舶結構有限元分析方法[J]. 船舶力學， 2008， 12（1）： 74-79.

YU Yanyun， LIN Yan， JI Zhuoshang， et al. Hull structure parametric FEM analysis[J]. J Ship Mech， 2008， 12（1）： 74-79.

[5] 繆旭弘， 王雪仁， 賈地， 等. 大型復雜圓柱殼中高頻振動噪聲仿真計算方法研究[J]. 計算力學學報， 2012， 29（1）： 124-128.

MIAO Xuhong， WANG Xueren， JIA Di， et al. A numerical simulation method for predicting sound and vibration characteristics of big and complex cylindrical structures[J]. Chin J Comput Mech， 2012， 29（1）： 124-128.

[6] 馬運義， 許建. 現代潛艇設計原理與技術[M]. 哈爾濱： 哈爾濱工程大學出版社， 2012： 179-230.

[7] ZIMMER H， PRABHUWAINGANKAR M， DUDDECK F. Topology & Geometry based structure optimization using implicit parametric models and LS-OPT[C]//Proc 7th European LS-DYNA Conf. Salzburg， 2009.

（編輯 于杰）

摘要：針對船舶的主要結構形式——復雜圓柱殼結構，為研究其快速建模方法以實現船舶結構的優化設計，基于隱式參數化模型概念提出參數化模型表征方法，建立其分類和命名體系，給出其參數化建模方式和流程，利用數值仿真工具完成其參數化模型庫設計和開發，并應用于某船舶結構的快速建模.算例表明：復雜圓柱殼參數化模型庫設計合理，滿足復雜圓柱殼結構快速建模和修改的要求.

關鍵詞：船舶； 復雜圓柱殼； 隱式參數化建模； 模型庫； 命名規則

中圖分類號： U663.9； TP391.9

文獻標志碼：B

0 引 言

在現代工程設計過程中，“仿真驅動設計”已成為追求的目標.[1]計算機技術的進步以及有限元和邊界元等數值仿真方法的不斷發展使這一目標正逐步成為現實.對于船舶和飛機等大型復雜結構，仿真模型建立的工作量巨大，且模型的修改和替換往往十分困難，需重新建模，難以滿足工程中多方案設計快速分析的要求.實現復雜結構的快速仿真建模，保證其結構零部件在分析時可被快速構建、替換和修改，成為真正實現“仿真驅動設計”理念的前提.模型的參數化是解決這些問題的有效途徑，已在汽車和航空等領域中得到成熟應用，并逐步應用于概念方案設計階段，從而提高產品開發的效率和效益.[2-3]但是，在船舶領域中，特別是在水下航行器方面，仿真模型的開發仍停留在傳統建模方式上，效率低，導致仿真分析仍停留在詳細設計完成后的局部校核計算上.[4-5]

5 結束語

針對船舶復雜結構，采用基點、基線、梁、橫剖

面、接頭和自由面等基本要素構建一種新的參數化模型表征方法.通過參數化映射技術實現參數化模型不同結構之間連接關系和約束條件的快速建立；

基于隱式參數化模型實現大型復雜圓柱殼數值仿真模型的快速構建和修改；基于通用仿真軟件二次開發構建復雜圓柱殼結構參數化模型庫.相關成果可為實現船舶和飛機等以圓柱殼結構為主體結構的快速仿真建模以及 “仿真驅動設計”理念的實現提供參考.

參考文獻：

[1] 陸仲績. 自主CAE涅磐之火[M]. 大連： 大連理工大學出版社， 2012： 28-34.

[2] VOLZ K， DUDDECK F. Crash optimization of bodies in the concept stage of vehicle development[C]//Proc 3rd MIT Conf Comput Fluid & Solid Mech. Cambridge， 2005.

[3] 劉嵩鋒， 雷勇軍， 李道奎. 汽車起重機車架通用參數化建模和分析系統[J]. 計算機輔助工程， 2010， 19（4）： 58-61.

LIU Songfeng， LEI Yongjun， LI Daokui. Universal parametrization modeling and analysis system of truck crane frame[J]. Comput Aided Eng， 2010， 19（4）： 58-61.

[4] 于雁云， 林焰， 紀卓尚， 等. 基于參數化表達的船舶結構有限元分析方法[J]. 船舶力學， 2008， 12（1）： 74-79.

YU Yanyun， LIN Yan， JI Zhuoshang， et al. Hull structure parametric FEM analysis[J]. J Ship Mech， 2008， 12（1）： 74-79.

[5] 繆旭弘， 王雪仁， 賈地， 等. 大型復雜圓柱殼中高頻振動噪聲仿真計算方法研究[J]. 計算力學學報， 2012， 29（1）： 124-128.

MIAO Xuhong， WANG Xueren， JIA Di， et al. A numerical simulation method for predicting sound and vibration characteristics of big and complex cylindrical structures[J]. Chin J Comput Mech， 2012， 29（1）： 124-128.

[6] 馬運義， 許建. 現代潛艇設計原理與技術[M]. 哈爾濱： 哈爾濱工程大學出版社， 2012： 179-230.

[7] ZIMMER H， PRABHUWAINGANKAR M， DUDDECK F. Topology & Geometry based structure optimization using implicit parametric models and LS-OPT[C]//Proc 7th European LS-DYNA Conf. Salzburg， 2009.

（編輯 于杰）

摘要：針對船舶的主要結構形式——復雜圓柱殼結構，為研究其快速建模方法以實現船舶結構的優化設計，基于隱式參數化模型概念提出參數化模型表征方法，建立其分類和命名體系，給出其參數化建模方式和流程，利用數值仿真工具完成其參數化模型庫設計和開發，并應用于某船舶結構的快速建模.算例表明：復雜圓柱殼參數化模型庫設計合理，滿足復雜圓柱殼結構快速建模和修改的要求.

關鍵詞：船舶； 復雜圓柱殼； 隱式參數化建模； 模型庫； 命名規則

中圖分類號： U663.9； TP391.9

文獻標志碼：B

0 引 言

在現代工程設計過程中，“仿真驅動設計”已成為追求的目標.[1]計算機技術的進步以及有限元和邊界元等數值仿真方法的不斷發展使這一目標正逐步成為現實.對于船舶和飛機等大型復雜結構，仿真模型建立的工作量巨大，且模型的修改和替換往往十分困難，需重新建模，難以滿足工程中多方案設計快速分析的要求.實現復雜結構的快速仿真建模，保證其結構零部件在分析時可被快速構建、替換和修改，成為真正實現“仿真驅動設計”理念的前提.模型的參數化是解決這些問題的有效途徑，已在汽車和航空等領域中得到成熟應用，并逐步應用于概念方案設計階段，從而提高產品開發的效率和效益.[2-3]但是，在船舶領域中，特別是在水下航行器方面，仿真模型的開發仍停留在傳統建模方式上，效率低，導致仿真分析仍停留在詳細設計完成后的局部校核計算上.[4-5]

5 結束語

針對船舶復雜結構，采用基點、基線、梁、橫剖

面、接頭和自由面等基本要素構建一種新的參數化模型表征方法.通過參數化映射技術實現參數化模型不同結構之間連接關系和約束條件的快速建立；

基于隱式參數化模型實現大型復雜圓柱殼數值仿真模型的快速構建和修改；基于通用仿真軟件二次開發構建復雜圓柱殼結構參數化模型庫.相關成果可為實現船舶和飛機等以圓柱殼結構為主體結構的快速仿真建模以及 “仿真驅動設計”理念的實現提供參考.

參考文獻：

[1] 陸仲績. 自主CAE涅磐之火[M]. 大連： 大連理工大學出版社， 2012： 28-34.

[2] VOLZ K， DUDDECK F. Crash optimization of bodies in the concept stage of vehicle development[C]//Proc 3rd MIT Conf Comput Fluid & Solid Mech. Cambridge， 2005.

[3] 劉嵩鋒， 雷勇軍， 李道奎. 汽車起重機車架通用參數化建模和分析系統[J]. 計算機輔助工程， 2010， 19（4）： 58-61.

LIU Songfeng， LEI Yongjun， LI Daokui. Universal parametrization modeling and analysis system of truck crane frame[J]. Comput Aided Eng， 2010， 19（4）： 58-61.

[4] 于雁云， 林焰， 紀卓尚， 等. 基于參數化表達的船舶結構有限元分析方法[J]. 船舶力學， 2008， 12（1）： 74-79.

YU Yanyun， LIN Yan， JI Zhuoshang， et al. Hull structure parametric FEM analysis[J]. J Ship Mech， 2008， 12（1）： 74-79.

[5] 繆旭弘， 王雪仁， 賈地， 等. 大型復雜圓柱殼中高頻振動噪聲仿真計算方法研究[J]. 計算力學學報， 2012， 29（1）： 124-128.

MIAO Xuhong， WANG Xueren， JIA Di， et al. A numerical simulation method for predicting sound and vibration characteristics of big and complex cylindrical structures[J]. Chin J Comput Mech， 2012， 29（1）： 124-128.

[6] 馬運義， 許建. 現代潛艇設計原理與技術[M]. 哈爾濱： 哈爾濱工程大學出版社， 2012： 179-230.

[7] ZIMMER H， PRABHUWAINGANKAR M， DUDDECK F. Topology & Geometry based structure optimization using implicit parametric models and LS-OPT[C]//Proc 7th European LS-DYNA Conf. Salzburg， 2009.

（編輯 于杰）