基于CATIA的船体非标准构件参数化建模入库方法

基于CATIA的船体非标准构件参数化建模入库方法

郭雷

武汉理工船舶股份有限公司

摘要：CATIA在船舶设计中已经有了比较深入的应用，其自带的标准构件库平台通过设计人员的研究、完善，为整个船舶结构设计提供了很大的帮助。为进一步提高船舶结构建模的工作效率，研究CATIA中的Userfeature、Powercopy、rule等自定义功能，通过这些功能实现船体非标准构件的参数化建模及入库。本文结合建模实例，阐述船体非标准构件参数化建模入库的方法。

关键词：CAITA、自定义功能、船体非标准构件、参数化建模

一、前言

随着船舶设计技术手段的日益丰富和进步，船舶设计正朝着模块化、智能化的三维实体设计方向发展。应用智能化软件，加快船舶结构件数据库开发已是大势所趋。将智能化的设计软件应用到船舶结构设计环节可以实现船舶结构件设计的标准化、智能化，大大提高工作效率。

CATIA是法国达索公司推出的真三维CAD/CAM设计系统，目前是航空、汽车领域非常重要的设计软件，在船舶行业的应用也在逐步深入。CATIA可实现船舶的可视化三维设计，其功能包括分析、设计、建造、维护整个船舶生命周期。其中设计功能涵盖总体设计、结构设计、舾装设计、管系设计、电气设计等内容，本文重点阐述船体结构设计的方法及应用。

二、CAITA在船舶结构设计中的应用

不论采用什么设计手段，船舶结构设计在整个船舶设计过程中都是最复杂、最繁琐、最耗时的部分。虽然船舶结构设计工作量较大，但船舶结构也有一个特点：相似的零件和特征比较多。如果可以实现相对智能化设计，就可以大大提高工作效率。

 CATIA软件为船舶设计者提供了船舶结构功能设计模块(SFD)和船舶结构详细设计模块(SDD)，在结构设计中，一般先通过SFD模块创建船舶系统和主体框架结构，再通过SDD模块进行结构详细设计。CATIA软件提供了较好的结构建库功能，结构建库是船舶结构三维设计的重要环节，充分利用CATIA软件的知识工程技术和自定义功能，建立大量可重复调用的结构库，从而实现提高设计效率的目的。

三、CATIA基本结构建库介绍

CATIA基本的结构建库涉及到创建标准构件和参数数据配置。基本思路是首先创建参数化驱动的标准构件，然后解析生成一系列标准构件存入构件库。在结构设计时可有效地提取到相关构件，完成三维建模。

目前，CATIA软件本身提供了比较丰富的、常用的基本构件结构模板库，诸如：板材厚度模板库、型材截面模板库、开孔模板库、端部形式模板库、贯穿孔模板库、肘板模板库、补板模板库等。并且已有相关文章详述了具体的建模及入库方法。设计人员可根据实际需要建立相关的库文件。

        板厚的入库

型材的入库

端部形式的入库

但是，船体结构不只是简单的板材、型材叠加，而是需满足一定型线要求和结构连接特征的复杂组合体。例如：船底实肋板和强肋骨、强横梁组成的横向框架；龙骨与纵绗、竖绗组成的纵向框架等都是具有一定线型及结构连接特征的构件体系。创建这些构件体系是船体结构建模中比较复杂、繁琐的工作。基于上述的基本构件库也可以完成这些工作，但需要做大量的辅助工作，耗时费力，且不能重复使用，效率低下。如果能将上述构件做成整体的参数化库文件，将会大大提高船体结构建模的工作效率。CAITA软件为用户提供了Userfeature、Powercopy、rule等自定义功能，为用户提供了自创开发的平台。利用这些功能可建立上述非标准构件及构件框架的参数化库。下面就以实肋板、横向框架为实例，阐述非标准构件及构件框架的参数化建模及入库方法。

四、非标准构件及构件框架的参数化建模及入库方法

1. 实肋板的参数化建模

一般而言，根据船体外板型线的特征和计算要求，每个肋位处的实肋板形状都不尽相同；船宽方向：实肋板的腹板高度不是等值的，而是由船中向舷侧逐步变化，并且其在船中处、端部处的腹板高度需满足相关规范的要求；船长方向：每个肋位的实肋板都会随着型线的变化而改变。因此将实肋板建成由边界条件限制、参数驱动控制的参数化模型就显得十分必要。具体步骤为：

1）打开一个CATIA零件文档，进入Generative Shape Design（GSD）模块。

2）创建输入条件，也就是限制实肋板形状的边界条件。对实肋板而言，需要的输入条件为:实肋板所在平面、中龙骨腹板、中龙骨面板、船壳板。

3）应用Userfeature、RULE功能定义输入条件的方向，并使其方向参数化。因为CATIA的结构设计中，每个构件都是有一定的方向定义的，如果方向不一致，调用结构模型时会出现错误或反向。这里定义方向并用参数控制可以确保实际结构设计中调用参数化模型时，使模型的输入条件方向与实际结构中输入条件方向一致。

4）按照实肋板形式创建其特征面，并将其特征数值参数化。而后创建UDF模版，并发布相关参数。

其中：

r－实肋板与龙骨连接处过焊角半径，

B－实肋板面板宽度，

S1、S2、S3－三个点到龙骨的距离，

H1、H2、H3－三点相应位置肋板腹板高度，

S－实肋板端部到龙骨距离。

5）切换至Structure Functional Object Design模块，利用UDF模版生成的实肋板特征面，创建Plate。

6）利用上述Plate板创建PowerCopy模版，并发布相关参数。

至此，参数化的实肋板模型特征创建完成。

2.横向强框架的参数化建模

在船体结构中，横向强框架由强横梁、强肋骨、实肋板组成，在实际设计中大量使用此种结构，是保证船体结构强度和刚度的主要部分，并且其构件尺寸及连接形式需满足规范要求。

横向强框架与实肋板的参数化建模方法及过程基本相同，只是其输入条件和参数更多，模型更复杂。其建模步骤不再赘述。输入条件需包括：中龙骨腹板和面板、甲板纵绗腹板和面板、船壳板、甲板板等，定义的参数主要包括：实肋板的腹板高和面板宽、强肋骨的腹板高和面板宽、甲板强横梁的腹板高和面板宽、连接处的角隅半径、过焊孔大小等，详见附图。

基于相同的思路，我们可以完成龙骨、纵绗等纵向构件的参数化建模。

3.入库及调用

和标准构件相同，在完成参数化的建模工作后，需将其存入相应的库文件以便后续设计时调用。CATIA自身已有StructureDetailingFeatures.catalog，设计人员可以根据自身需要在该库文件中增加自定义的chapter及family，将上述的参数化存入该文件中。

调用时选择软件中添加肘板的选项，找到自定义的模型，按照模型特征发布的输入条件在结构中选择相应的元素即可将模型特征添加到结构中。

五、结束语

本文以实肋板、横向强框架为例阐述了船体非标准构件参数化建模、入库和调用方法，为设计人员实现快速结构设计提供一种方法和手段。当然，因为船舶类型不同、船体型线各异，一种参数化模型不可能通用于所有船体部位；不过设计人员可以参照上述方法建立满足自身需要的各种类型的参数化模型，丰富、完善结构库，为提高设计效率打下坚实的基础。

参考文献

[1] 胡杰，蒋志勇. 基于CATIA的船体结构智能化设计方法. 船海工程，2009,38（6）

[2] 卢永进等. 基于CATIA V6的船舶结构建库方法. 中国舰船研究.2016（6）

[3 ] 周新根. CATIA V5在船体结构设计中的应用.舰船科学技术.2006（6）