CN114620200B - 一种基于catia的水面船舶型线精光顺方法 - Google Patents

一种基于catia的水面船舶型线精光顺方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于CATIA的水面船舶型线精光顺方法，包括：S1、型线准备；S2、光顺边界线；S3、光顺横剖线、水线、纵剖线；S4、生成光顺后的横剖线与水线、纵剖线中点：利用CATIA自开发的二次开发工具或手动操作生成光顺后的横剖线组与光顺后的水线组、纵剖线组之间最短连线的中点，这些中点形成该横剖面新的型值点；S5、利用新的型值点重新生成横剖线组，然后根据生成的横剖线组生成水线组和纵剖线组；重复步骤S3‑S4过程，迭代光顺，迭代过程中逐步缩小曲线光顺命令中的最大偏差值，使三向线逐渐收敛；S6、生成船体曲面。本发明能够以高效率完成船体曲面的光顺，可有效提高型线的设计质量，明显减少船体外板精光顺工作量，可用于指导船舶的型线优化设计。

Description

一种基于CATIA的水面船舶型线精光顺方法
技术领域
本发明属于船舶总体设计技术领域，具体涉及一种基于CATIA的水面船舶型线精光顺方法。
背景技术
船舶型线是船舶设计和建造的基础。型线图是表达船舶形状和大小的基本方式，也是计算船舶航行性能、绘制其它设计图样、进行船体放样的主要依据。因此，船舶型线图三向光顺的程度直接影响船舶各项航行性能的优劣和船体建造的质量。由于设计部门给出的型线图一般用很小的比例(如1：50、1：100)绘制，在图纸上若存在0.5mm的误差，经放大到实际尺寸后，这一误差将达到25mm乃至更大，且型线图是用20站横剖理论站线，若干水线和纵剖线表达船体外形，并不能满足建造阶段对船体外形的控制要求。因此，通常以按1：1的实尺(或采用1：5、1：10的比例放样)进行船体型线放样(船体型线精光顺)作为施工建造的第一步，从中可检验并纠正设计中的误差，并反馈设计图纸中的不合理因素，使建造的船舶外形最大程度符合设计要求。
传统精光顺过程一般在总体技术设计完成后，该阶段已完成船型模型试验和总体性能校核，为保持型线一致性，精光顺过程对与设计型线偏差有着高要求，造成精光顺工作量大，周期长，部分设计质量无法从根本上消除，容易造成设计反复等问题。
在计算机技术应用于船体数学放样之前，船舶放样是以手工实尺放样为主要手段，传统手工放样是对各横剖线、水线和纵剖线依次进行光顺，并重复迭代，使得任何一个型值点的三向曲线均保持光顺，工作量极大，周期一般为数个月。目前船体数学放样一般在总体技术设计完成后，通过三维软件进行手工放样，但仅是采用了新的放样工具，方法仍为传统手工放样方法，工作量和周期并无根本性改善。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于CATIA的水面船舶型线精光顺方法，通过该方法能够获得基本满足设计要求和船厂放样精度要求的三维船体外表面，可提高船体外板曲面的设计质量和放样工作效率及精度。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种基于CATIA的水面船舶型线精光顺方法，包括以下步骤：
S1、型线准备：将初步建模形成的船体三维型面/型线导入CATIA平台中，生成边界线、横剖线组、水线组和纵剖线组；
S2、光顺边界线：利用传统光顺方法光顺边界线，即通过不断调整边界线的控制点保证边界线三向光顺；
S3、光顺横剖线、水线、纵剖线：利用CATIA中曲线光顺命令依次对横剖线组、水线组、纵剖线组进行光顺，第一轮光顺过程最大偏差值根据船型主尺度和型面粗糙程度设置；
S4、生成光顺后的横剖线与水线、纵剖线中点：利用CATIA自开发的二次开发工具或手动操作生成光顺后的横剖线组与光顺后的水线组、纵剖线组之间最短连线的中点，这些中点形成该横剖面新的型值点；
S5、重新生成横剖线、水线、纵剖线：利用新的型值点重新生成横剖线组，然后根据生成的横剖线组与水线面组相交生成水线组，根据生成的横剖线组与纵剖面组相交生成纵剖线组；重复步骤S3-S4过程，迭代光顺，迭代过程中逐步缩小曲线光顺命令中的最大偏差值，使三向线逐渐收敛，直至生成的横剖线组、水线组、纵剖线组满足光顺要求；
S6、生成船体曲面：根据光顺的边界线和经迭代光顺后满足光顺要求的横剖线组利用CATIA型面生成命令生成光顺后的船体外板曲面。
上述方案中，步骤S1中，所述边界线包括甲板边线、舷墙边线、艏艉轮廓线、平底线、平边线。
上述方案中，步骤S4中，利用二次开发工具或手动操作求解中点的方法为：按照横剖面逐个求解，先依次将光顺后的水线和纵剖线与当前横剖面相交求交点，再将光顺后的横剖线依次与水线面、纵剖面相交求交点，最后逐个求取两组交点的中点。
上述方案中，步骤S5中，所述光顺要求包括：
(1)光顺后的曲线具有一阶(G1)相切和二阶(G2)曲率连续性；
(2)光顺后的曲线上没有明显不符合设计和施工要求的间断或折角点；
(3)光顺后的曲线上的弯曲变化方向符合设计和施工的要求，没有局部的凹凸不平，弯曲变化程度合理分布；
(4)曲线上的关键点、控制点满足设计型值偏差要求。
上述方案中，该方法用于在设计初期对全船船体型面进行精光顺。
本发明的有益效果在于：
本发明提出的船体外板型线三维光顺方法，工作量和工作周期可降低50％以上，能够以高效率完成船体曲面的光顺，可有效提高型线的设计质量，明显减少船体外板精光顺工作量，可用于指导船舶的型线优化设计。
本发明方法用于在设计初期对全船船体型面进行精光顺，可有效保证型面光顺程度，提高设计质量，保证实船与模型试验时船模较好的一致性，并减少船厂放样精光顺的工作量，保证设计和建造的一致性，大大缩短型线光顺周期和建造周期。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明基于CATIA的水面船舶型线精光顺方法的流程图；
图2是本发明实施例中待光顺型线准备示意图；
图3是本发明实施例中横剖线曲线光顺示意图；
图4是本发明实施例中横剖线曲线光顺前后曲率对比图；
图5是本发明实施例中光顺后的横剖线与水线中点生成示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明提出一种基于CATIA的水面船舶型线精光顺方法，该方法同时考虑船舶外板型面三向线(横剖线、水线和纵剖线)的光顺程度，采用CATIA软件自带的曲线光顺(curvesmooth)命令进行型线迭代精光顺，通过不断缩小最大偏差(tolerance)使型线收敛至误差允许范围。通过并行考虑三向光顺性，取消传统光顺时手工调整型值点的过程，大大提高光顺效率。最后通过各型线曲率来判断曲线的光顺度后形成三维精光顺型面。如图1所示，本发明方法具体包括以下步骤：
S1、型线准备
将初步建模形成的船体三维型面/型线(即待光顺的型面或型线)导入CATIA平台中，本例采用CATIA V5平台，型面通过与横剖面、水线面、纵剖面相交分别生成横剖线、水线、纵剖线，并提取边界线。如图2所示。
S2、光顺边界线
利用传统光顺方法光顺边界线，即通过不断调整边界线的控制点保证边界线三向光顺。边界线包括甲板边线、舷墙边线、艏艉轮廓线、平底线、平边线。
S3、光顺横剖线、水线、纵剖线
利用CATIA中曲线光顺命令(形状-创成式外形设计-曲线光顺)依次对各横剖线、各水线、各纵剖线进行光顺，第一轮光顺过程最大偏差值根据船型主尺度和型面粗糙程度设置，船型主尺度较大或型面较粗糙应选择较大值，以期达到较好光顺效果。图3所示为一条横剖线的曲线光顺设置，图4显示横剖线曲线光顺前后曲率对比，其中左边为光顺前的曲率图，右边为光顺后的曲率图。
S4、生成光顺后的横剖线与水线、纵剖线中点
由于最大偏差的设置，光顺后的横剖线与光顺后的水线、纵剖线会发生偏离，不相交。利用CATIA自开发的二次开发工具或手动操作生成光顺后的横剖线组与光顺后的水线组、纵剖线组的最短接线中点。利用二次开发工具或手动操作求解中点的方法为：按照横剖面逐个求解，先依次将光顺后的水线和纵剖线与当前横剖面相交求交点，再将光顺后的横剖线依次与水线面、纵剖面相交求交点，最后逐个求取两组交点的中点。这些中点形成该横剖面新的型值点。该过程优化并替代了传统手工精光顺调整型值点过程。求最短连线的中点工作量较大且重复，可利用CATIA的宏命令编程完成该过程。图5所示为手动求解光顺后的一条水线和光顺后的一条横剖线之间的中点，点1为光顺后横剖线与光顺后水线的交点，点2为光顺后横剖线与光顺后水线的交点，点1与点2连线的中点即为所求。
S5、重新生成横剖线、水线、纵剖线
利用步骤S4生成的新的型值点重新生成横剖线组，然后根据生成的横剖线组与水线面组(Z平面组)相交生成水线组，根据生成的横剖线组与纵剖面组(Y平面组)相交生成纵剖线组；重复步骤S3-S4过程，迭代光顺，迭代过程中逐步缩小曲线光顺命令中的最大偏差值，使三向线逐渐收敛，直至生成的横剖线组、水线组、纵剖线组满足光顺要求。
所述光顺要求包括：
(1)光顺后的曲线具有一阶(G1)相切和二阶(G2)曲率连续性；
(2)光顺后的曲线上没有明显不符合设计和施工要求的间断或折角点；
(3)光顺后的曲线上的弯曲变化方向符合设计和施工的要求，没有局部的凹凸不平，弯曲变化程度合理分布；
(4)曲线上的关键点、控制点满足设计型值偏差要求。
S6、生成船体曲面
根据光顺的边界线和经迭代光顺后满足光顺要求的横剖线组利用CATIA型面生成命令生成光顺后的船体外板曲面。
在设计初期即采用本发明方法对全船船体型面进行精光顺，可有效保证型面光顺程度，提高设计质量，保证实船与模型试验时船模较好的一致性，并减少船厂放样精光顺的工作量，保证设计和建造的一致性，大大缩短型线光顺周期和建造周期。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种基于CATIA的水面船舶型线精光顺方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、型线准备：将初步建模形成的船体三维型面/型线导入CATIA平台中，生成边界线、横剖线组、水线组和纵剖线组；
S2、光顺边界线：利用传统光顺方法光顺边界线，即通过不断调整边界线的控制点保证边界线三向光顺；
S3、光顺横剖线、水线、纵剖线：利用CATIA中曲线光顺命令依次对横剖线组、水线组、纵剖线组进行光顺，第一轮光顺过程最大偏差值根据船型主尺度和型面粗糙程度设置；
S4、生成光顺后的横剖线与水线、纵剖线中点：利用CATIA自开发的二次开发工具或手动操作生成光顺后的横剖线组与光顺后的水线组、纵剖线组之间最短连线的中点，这些中点形成该横剖面新的型值点；
S5、重新生成横剖线、水线、纵剖线：利用新的型值点重新生成横剖线组，然后根据生成的横剖线组与水线面组相交生成水线组，根据生成的横剖线组与纵剖面组相交生成纵剖线组；重复步骤S3-S4过程，迭代光顺，迭代过程中逐步缩小曲线光顺命令中的最大偏差值，使三向线逐渐收敛，直至生成的横剖线组、水线组、纵剖线组满足光顺要求；
S6、生成船体曲面：根据光顺的边界线和经迭代光顺后满足光顺要求的横剖线组利用CATIA型面生成命令生成光顺后的船体外板曲面。
2.根据权利要求1所述的基于CATIA的水面船舶型线精光顺方法，其特征在于，步骤S1中，所述边界线包括甲板边线、舷墙边线、艏艉轮廓线、平底线、平边线。
3.根据权利要求1所述的基于CATIA的水面船舶型线精光顺方法，其特征在于，步骤S4中，利用二次开发工具或手动操作求解中点的方法为：按照横剖面逐个求解，先依次将光顺后的水线和纵剖线与当前横剖面相交求交点，再将光顺后的横剖线依次与水线面、纵剖面相交求交点，最后逐个求取两组交点的中点。
4.根据权利要求1所述的基于CATIA的水面船舶型线精光顺方法，其特征在于，步骤S5中，所述光顺要求包括：
(1)光顺后的曲线具有一阶(G1)相切和二阶(G2)曲率连续性；
(2)光顺后的曲线上没有明显不符合设计和施工要求的间断或折角点；
(3)光顺后的曲线上的弯曲变化方向符合设计和施工的要求，没有局部的凹凸不平，弯曲变化程度合理分布；
(4)曲线上的关键点、控制点满足设计型值偏差要求。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于CATIA的水面船舶型线精光顺方法，其特征在于，该方法用于在设计初期对全船船体型面进行精光顺。
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