船体曲面矩形块按参考线敷设法关键技术研究

以船体曲面敷设矩形块为背景,针对现行按肋骨线方向单向展开后进行矩形块敷设设计的不足,提出了矩形块按参考线敷设法及其流程。提出了曲面线偏移的概念和正交线离散点算法。矩形块敷设参考线沿船长方向延伸,按肋骨线方向布置偏移点,在MDT系统中进行二次开发,选取船体典型曲面进行了敷设设计。经验证,该方法满足工程使用要求。     

船体曲面柔性敷设块的展开

以船体外表面敷设矩形柔性块的三维仿真设计为背景,在四边形网格等面积曲面展开法的基础上进行了扩充,修正了该算法展开轴对角线上存在的不合理拉伸和压缩变形,在MDT平台上研制出一套曲面展开系统。测试表明该系统可适用于可展和其他不可展复杂曲面,包括含有内轮廓的曲面,对可展曲面的展开与数学展开能保持一致,同时可进行曲面局部区域的展开,实现曲面与展开面上任意点之间的相互映射,能较好的应用于矩形块三维仿真设计。     

基于智能制造的声音建模交互设计

目的为智能制造领域的设计创新提供一种尝试性的研究角度与辅助设计方法。方法基于智能制造技术,本文以《记忆留声》为设计实践案例,运用随机抽样法和用户参与式设计研究方法,分析声音建模的交互设计方法与输出形式。结果借助3D打印技术与图形图像生成算法,将声音转化为一种三维实体化的实用环保艺术产品,并提出基于语音输入的多维交互体验模式。结论以智能制造技术为支撑的多维度交互体验设计,可以为用户的个性化需求提供切实可行的解决方案与多维度的交互体验。     

基于五块模式的单一矩形件排样算法

如何在一个大矩形里排入尽可能多的单一规格小矩形件是广泛出现在制造业领域的板材分割、物流业领域的集装箱装载中的问题.采用五块模式将大矩形划分为五个块,求解每个块里面矩形件的排样方式.首先,采用动态规划算法一次性生成所有块中矩形件排样方式,然后,采用隐式枚举法考虑所有可能的五块组合,选择包含矩形件个数最多的五块组合作为最终的排样方案.使用算例对算法进行了测试,并与另外4种单一排样算法进行了比较.实验结果表明,该算法在排样利用率和切割工艺两方面都有效,而且计算时间合理.     

基于匀质条带的矩形件最优三块布局算法

为解决大规模矩形件布局问题,提出一种动态规划算法生成基于匀质条带的矩形件最优三块布局方式.这种算法将板材分为三个块,同一块中只包含方向和长度均相同的匀质条带.通过求解背包模型生成块中的条带最优布局,隐枚举的讨论所有可能尺寸的块,确定所有三决组合的布局价值,选择布局价值最大的一个组合作为最优解.通过文献中的测题,将该算法与经典两段布局算法和启发式布局算法TABU500进行比较.实验结果表明:该算法在计算时间和材料利用率两方面都有效,且生成的布局方式简化了下料切割工艺.     

金属表面腐蚀孔的矩形模拟算法

为准确计算金属材料表面腐蚀孔的参数,以高压阳极铝箔在直流电侵蚀下形式的表面腐蚀孔为例,提出了一种根据腐蚀孔形状特征设计的矩形模拟算法。利用计算机图像处理技术,提取腐蚀并孔轮廓上的特征凹点,将这些点根据算法进行矩形模拟,从而达到在试样腐蚀孔图像上用矩形块来模拟腐蚀孔的目的。通过试验证明该算法有较好的效果,可为下一步的分析研究工作提供依据。     

实用船体型线设计系统的研发与功能实现

系统利用计算机图形平台来模拟船体数学放样和手工光顺,用Beta样条和B样条两种技术来拟合型线,实现船体水下部分型线的交互设计。系统可自动读取型值表中的数据,直观方便地进行各个站点型值点的参数化交互设计,实时记录和保存修改结果,自动更新后台数据文件型值表,并自动绘出水下部分船体型线。系统在绘图的同时自动生成曲线插值的数据文本文件和图形的DXF文件,使图形的输出可以方便与AutoCAD接口。     

从明暗恢复形状的手绘草图三维建模算法

提出一种通过用户手绘草图进行三维建模的算法,该算法直接利用二维笔触输入,实现简单、快捷的三维动画原型制作。首先从通过鼠标或手写板等绘制的自由曲线中析取包含手绘风格信息的结构化轮廓线,并在轮廓线所围区域中应用距离变换生成距离场;然后利用线性近似的方法从明暗恢复形状算法中获得三维曲面;接着对三维曲面进行对称、缝合和平滑变换得到基本的三维几何体;最后将基本几何体组合并进行编辑。算法强调手绘效果,提供所见即所得的交互风格,可广泛应用于三维动画和游戏的前期模型设计与制作,以及计算机辅助教学系统等领域。     

一种用于三维激光切割路径预处理的离散算法

根据三维激光切割加工特点,提出了一种基于曲线离散技术的三维激光切割路径生成预处理算法,该算法采用弦线和切线对切割路径进行等误差离散,并对基于ACIS开发平台的切割曲线离散型值点及其法矢量计算等关键问题进行了讨论．     

机电产品装配过程虚拟仿真课件的研究与开发

虚拟装配技术是一项全新的设计概念,是虚拟制造中的一项关键技术,可用于产品设计阶段进行预装、验证装配工艺的正确性等多个方面,是利用计算机三维建模技术模拟生成与实体零件相同的模型,并可以按照用户需求进行动态装配的一门新兴的三维应用技术.以单级减速器装配过程为例,介绍用Java3D构造虚拟场景,进行单级减速器装配仿真和信息交互课件开发技术.     

远场水下爆炸作用下舰船设备冲击响应一体化动力学模型

提出了一种远场水下爆炸作用下舰船设备冲击响应一体化动力学模型。该模型将动态设计分析方法(DDAM)与Taylor平板理论相结合,使得对舰船设备冲击响应分析更为高效。将船体外壳看做平板,将船体各层甲板和设备看做附加在平板上的多个质量,将水下爆炸冲击波看做指数衰减波,形成了一维分析模型。能够根据水下爆炸当量、爆距、舰艇吨位、总尺度、结构和设备质量与支撑刚度等参数预测舰船与设备的冲击响应。预测结果与舰船缩比模型水下爆炸试验结果进行了对比。从总体上看,船体冲击响应谱的趋势和量级一致。     

船体箱形截面梁设计及抗爆性能分析

在船体构件上应用箱形梁设计,能提高结构的纵向强度,具有利于保护重要管道和线缆、提高建造速度、利于质量控制和方便维修等优点。但是,国内外目前都是局部运用箱形梁结构,并未全船性设计使用,在此以某常规船体为基础,针对提高船舶抗爆性能和保持生命力的设计要求,全船性使用箱形梁。这种船体结构使钢制箱形梁承担全部的总强度,而船体型线和必要的使用刚度由轻质高强的复合材料板材来保证,实现局部强度与总体强度的解耦。在ABAQUS软件中基于声固耦合法,对船体水下爆炸响应进行分析,证实箱形梁结构具有较好的抗爆性能。最后对船体箱形梁进行优化设计,进一步提高抗爆能力。     

钛合金与钢的电偶腐蚀行为研究

研究了TA28、Ti6321钛合金以及921A、907A船体结构钢在海水环境中的腐蚀特性及电化学行为,对两种钛合金与船体钢之间多面积比条件下的电偶腐蚀行为进行了试验。结果表明,当钛合金与钢直接接触时,钛合金与钢制船体间存在轻微的电偶腐蚀,采用电绝缘措施可以有效控制钛合金对钢制船体的电偶腐蚀。     

等效爆炸载荷下FRP船体结构的性能比较

水下爆炸对船体的作用一是直接压力,另一个是使船体产生加速度,而且,不仅仅是船体产生加速度,其附加质量(也称附连水质量)也产生相应的加速度,即:爆炸要同时改变船体和附加质量的动量和动能。水下爆炸作用下结构物的相应研究极其复杂,计算量极大。该文以复合材料船体结构形式选型为目的,根据能量原理、动量原理和达朗贝尔原理,将爆炸载荷等效为静载。研究5种船体构造形式对此等效静载的响应,据此选择船体结构形式。5种船体型线相同,结构形式分别为单板横向加筋、单板纵向加筋、单板双向加筋、硬壳式和夹层式结构,在船体所受外载相同,船体重量相等的条件下,通过有限元法,分析等效水下爆炸载荷下船体的响应与性能。根据船体的应力与变形分析,对其强度、刚度、剖面模数及综合性能进行比较,为结构选型提供数值分析依据。挑选出既符合结构性能,又能满足使用要求的结构形式。     

基于三维几何模型的船舶扶强材自动理想化系统开发研究

目的 开发一套基于三维几何模型的船舶扶强材自动理想化系统。方法 针对船舶模型中扶强材截面形状、尺寸多变,分布密度大,进行结构规范计算时计算量大、计算条件复杂、人工计算难以涵盖全面的问题,考虑扶强材的截面变化、依附结构与相交关系,将船舶模型中的扶强材离散重组简化为单元梁,并以单元梁为基本单位进行船体梁结构相关强度校核参数的快速自动计算。结论 通过扶强材自动理想化系统,实现了对船舶扶强材间距等13项规范校核参数的快速自动计算,提高了船舶规范校核精度,缩短了船舶规范建模周期。     

近距非接触水下爆炸舰船动态响应的数值模拟

运用通用有限元程序ABAQUS对某型水面舰艇在水下爆炸冲击波作用下的动态响应进行了数值模拟,有效地解决了ABAQUS计算近场水下爆炸时单元破损和单元失效等问题,计算出了某型舰艇水下爆炸的冲击响应结果,获得了船体的应力响应、局部变形、加速度响应和速度响应4个方面的响应规律,并得出以下结论:在全船范围内,加速度和速度总是由下至上逐渐减小,离爆点最近的区域差距最为明显;船体上离爆点最近的区域应力是最大的,不同甲板在相同位置处的应力是不同的。数值模拟所得的舰艇在水下爆炸作用下的响应规律与实际分析规律相符,为舰艇抗爆、抗冲击的结构设计提供了依据。     

Resistance to ship-hull motion through brash ice

A three-metre long model hull of a tanker ship with simplified bow shapes was towed through a simulated brash ice channel in the model-ice towing tank of the Iowa Institute of Hydraulic Research (IHR). The study was to investigate resistance forces encountered by commercial ships, with hulls characterized by a long parallel middlebody, transisting brash ice channels.The model hull was structurally divided into a bow portion and an aft portion, which were coupled and instrumented so that resistance forces exerted on the bow as well as the total towing force could be measured. Two bow forms were used; a wedge bow and a simplified icebreaker bow.From the results of the experiments, it is shown that resistance to hull motion through brash ice may consist of the following components: bow resistance due to internal friction and accumulation of brash ice; bow resistance due to submergence of brash ice beneath hull; bow resistance due to momentum exchange between hull and brash ice; parallel-part resistance due to friction between hull and brash ice; stern thrust due to ascension of brash ice at the hull's stern; and open-water resistance. The ratio of each component to the total resistance depends on bow shape, hull speed, brash-ice characteristics and channel dimensions. The effects of brash-ice layer thickness and channel width on resistance are discussed. Additionally, some insight into the effect of brash-ice refreezing on resistance is also offered.     

Reliability assessment of a tanker using the model correction factor method based on the IACS-CSR requirement for hull girder ultimate strength

The model correction factor method (MCFM) is adopted to assess the reliability of a Suezmax oil tanker considering the ultimate vertical bending moment capacity of the hull girder as a limit state. The approach uses the incremental iterative method proposed by the International Association of Classification Societies (IACS) Common Structural Rules (CSR) to evaluate the hull girder ultimate strength as a response model that is calibrated iteratively at the design points calculated by the First Order Reliability method (FORM) by means of advanced non-linear Finite Element Analyses (FEA). The considered loads are the still water and the wave-induced bending moments in a typical seagoing operational condition of the oil tanker in the full load and ballast load conditions. First, the predictions of the hull girder bending capacities calculated by the IACS-CSR method and by non-linear FEA are compared and then the efficiency of the MCFM for hull girder reliability problems is illustrated. It is shown that using semi-empirical response models, which include the important mechanical features with respect to the bending capacity of the ship hull girder, the reliability evaluation can be performed with a limited number of non-linear FEAs (less than 10) promoting the application of advanced response and reliability methods to complex structures.