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基于CAXA与CATIA的船体三维建模技术比较分析

2017/12/11    来源:互联网    作者:赵洁  张伟      
关键字:船体结构  三维建模  CAXA  CATIA  
对300箱多用途集装箱船船体结构进行生产设计,分别使用CAXA和CATIA实体软件完成三维建模,着重研究船体构件建模和装配模拟,展示三维设计技术在船舶生产设计中的应用。对国产软件CAXA和大型造船三维软件CATIA在曲面造型和参数化设计等方面的功能进行比较分析,进一步研究探讨三维建模技术在船体复杂曲面生产设计中的运用。

    在利用托仲、旋转功能进行零件i殳汁绘制草图过程中,CAXA可以从已绘制好的AutoCAD图形中导入商接使用,这是它的一大特色,减少了很多绘制二维曲线的时间。 图2为CAXA软什建模生成的部分船体零部件。

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    图2 CAXA船体零部件生成

2.2 装配构件

    通过选择装雕的中心点,以船长和船宽为坐标将船体构件由小到大进行装配,一般情况是先装配和定何肋骨,然后再装配定何其它的骨材,最后生成外板等。在装配的过程种,CAXA显示三维球强大而灵活的三维空间定位功能,通过平移、旋转和其它复杂的三维空间变换精确定位任何一个三维物体。按空格键使三维球与零件分离后,可以拖动二维球剑零件的指定点,然后利用三维球与其它点、线、而的关系来精确地定位到任意的位置。图3为利用CAXA三维球进行精确到点的船体构件装配。

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    图3 CAXA三维球和船体构件装配

2.3 干涉检查

    CAXA实体设计可检查到装配过程中可能出现的干涉并形象的表示出来,包括装配件、零件内部、多个零件和零件之间的干涉现象。系统经过计算后检查到构件相互干涉,会对干涉部分加亮显示出来、当零件出现干涉时,可双击零件使其进入智能图素编辑状态并根据需要改变零件的属性和尺寸。

2.4 装配动画

    装配动画就是模拟实际的装配过程,按照实际的生产顺序通过骨架和板材的装配形成分段,分段装配再形成总段。通过利用自定义动画向导及路径设置工具,可以自行设定和修改每个零件特的动画路径,智能动画编辑器可以调整每个零件开始和结束的时间。图4为利用CAXA软件进行的船体构件装配。

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    图4 CAXA船体构件装配

2.5 生成剖面图和节点图

    利用三维实体来生成标准视图,选择主视图、左视图或者俯视图等,可以移动视图和修改比例,接着在标准视图上来进行剖视。生成的剖视图可以保存为AutoCAD格式的图形,可以直接在图纸上直接修改,利用局部放大工具在节点处放大后的部分就是节点图。图5分别是利用CAXA软件所绘制的船尾立体分段图、削面图和结构节点图。

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    图5 CAXA软件绘制的船尾立体分段图、剖面图和结构节点图

3 CAXA与CATIA三维建模的比较和分析

    CAXA和CATIA都是相对成熟的主流通用三维软件,在船舶三维设计中有着很多的优点:软件通用性强,能解决特殊产品造型的特殊问题;大量引进r先进的计 算机辅助技术,代表了国际上三维CAD软件的发展方向;支持的数据库开发性强,具有很好的开发平台;造型手段丰富,操作灵活,易于修改。

3.1 曲面造型功能方面

    CAXA和CATIA零件造型等方面有很多相似的地方。但在实体设计的过程中,面对船体首尾复杂的曲面CAXA软件的曲面设计功能很多时候不能够满足需要,很难建立与实际相符合的曲面。

    CATIA具有很强的曲面生成和三维造型功能,非常适合船体曲面建模,它在机械、汽车和航空等行业里应用很广,但是在船舶行业应用得还不是很多,特别是它强大的曲面设计功能没有充分利用。

    CATIA的曲面的造型有常规曲面造型和自由曲而造型,常规曲面造型即规则曲面的生成,可以通过拉仲、旋转、偏移、扫描填充、多截面曲断、拼接曲面等完成,与CAXA的功能有很多相似的地方;自由曲面则是应对于曲面设计要求的提高,解决传统方法不能满足的那些复杂的曲面设计,主要有缀面、圆角面、填充面、网格面、扫描曲面,可以说自由曲面设计能够让设计者创建出任意形状的曲面。图6为利用CATIA软什所建的船尾模型。

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    图6 CATIA船体尾部模型图

3.2 参数化设计功能方面

    CATIA软件可自定义变量,再通过公式修改零件的几何尺寸,且变量之间可以建立函数的联系,即对各个变量做约束。通过修改零件的一个或多个参数,就可以改变其它的零件参数。利用Formulas可通过函数关系表示变量与自定义变量和其他一些参数之间的关系,Rules可以通过编写程序代码实现尺寸驱动和特性驱动,Checks可以着重表明在校验过群中涉及的参数,方便地确认违反了哪条标准或约束。

    同时,根据需要选择指定的参数导出生成Excel表格,直接在Excel中修改参数的值来改变零部件的几何尺寸,Excel表格在这里实现各个文件之间的数据共享。

3.3 装配方

    CAXA的三维空间定位功能相对而言特别强大,三维球可以通过平移、旋转和其它复杂的三维空间变换精确定位任何一个三维物体,在装配的过程中可以发现两者之间有很多相似的地方,但相对CATIA而言,CAXA的装配定位特别精确、方便。

    由于船舶的装配中零部件众多,通过比较,发现CATIA的装配和修改比CAXA的更直观和方便。CATIA的装配由部件和零件组成,组件产品和零部件的关系在特征树上面表现得很清楚,而且关系也可以调整。特征树上列出了所有创建的特征,并且在特征树上自动以子树关系表示特征之间的父子关系和各个构件之间的约束关系,用户可以有一个清晰直观的认识。同时,CATIA在装配的图中可以查看每个分段或部件的体面积、形心和惯性矩等几何特性,能够跟实际的生产运用很好的结合。图7为利用CATIA软件所进行的船体装配。

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    图7 CATIA船体装配图

4 结语

    本文通过运用三维设计技术对300箱多用途集装箱船进行三维实体设计,探讨了模拟船舶生产的过程,并且比较了两个软件的优点和缺点。同时利用实体设计三维的立体图形对生产设计起到了一定的指引和先导作用,能够显著地提高设计质量,缩短设计周期,对今后的工作和船舶实际生产具有深远的意义。

    面对高要求的船舶三维设计,每个软件都有独特的优势和特色也有其弱势和不足,船舶设计和建造单位应该根据各自应用特点进行选择。船舶的三维软件能够在船体设计中得到广泛的应用,还有很长的路要走,有待对此作进一步努力和研究。

责任编辑:张纯子
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