周立彬

相貫切口與補(bǔ)板在AM系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

周立彬

（大連海洋大學(xué)，大連 116023）

對(duì)船體結(jié)構(gòu)中相貫切口與補(bǔ)板在AM系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行綜合分析和優(yōu)化，給出基本形式的相貫切口配置方案和非基本形式的相貫切口和補(bǔ)板的實(shí)現(xiàn)方式，采用優(yōu)化的方案，能夠減少建模和分離板件時(shí)的出錯(cuò)率，從而提高生產(chǎn)效率。

AM系統(tǒng) 相貫切口 補(bǔ)板 設(shè)計(jì)優(yōu)化

引言

船體中存在著大量的縱橫構(gòu)件 ,它們相互交錯(cuò),相互貫通,錯(cuò)綜復(fù)雜地按一定力學(xué)規(guī)律組成了船體結(jié)構(gòu)。由于縱橫構(gòu)件的相互貫通,就必然會(huì)產(chǎn)生大量的相貫切口[1]。雖然相貫切 口的種類繁多,但仔細(xì)分析,大部分相貫結(jié)構(gòu)切口的形式都相當(dāng)接近[2]。Tribon軟件簡(jiǎn)稱AM，是船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域中使用的專業(yè)設(shè)計(jì)和模擬建造軟件。該軟件的應(yīng)用有利于提高設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)廢返，進(jìn)而縮短船舶建造周期。利用Tribon軟件進(jìn)行船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)，前期工作的必要環(huán)節(jié)是軟件的用戶化工作，其中關(guān)鍵之處在于根據(jù)船型做好船體的初始化工作。其中，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)都可以通過(guò)直接給定參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，但有些卻需要二次開(kāi)發(fā)，切口補(bǔ)板就是此類，AM系統(tǒng)提供了一個(gè)接口，通過(guò)編譯宏來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)[3]。只有將切口和補(bǔ)板模型化和數(shù)字化，才能使其象其他構(gòu)件一樣方便出圖和調(diào)用。

1 相貫切口與補(bǔ)板在AM系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方式分析

Tribon軟件本身包含船體結(jié)構(gòu)相貫切口與補(bǔ)板的基本形式，但是基本形式形狀簡(jiǎn)單、種類較少，而且不能直接用于建模工作。符合基本形式的相貫切口必須通過(guò)定義相貫切口文件進(jìn)行初始化設(shè)置。Tribon軟件自帶的補(bǔ)板形式也不能用于后期的套料工作，因此不能用于船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作。基本形式之外的相貫切口形式和用于船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)的補(bǔ)板形式需要進(jìn)行必要配置和額外編寫宏文件進(jìn)行設(shè)置。Tribon 提供了幾何宏這一工具 可以通過(guò)宏命令進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)建立標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)化的程序，從而減輕建模的工作強(qiáng)度，大大提高設(shè)計(jì)建模的精度和效率[4]。

2 基本形式的相貫切口配置方案

2.1 編寫相貫切口自定義文件Cutouts.dat

相貫切口自定義文件中可以同時(shí)定義一個(gè)或多個(gè)形式的相貫切口，基本格式如下，其中[]內(nèi)容為選填內(nèi)容：

CUT，編碼；/TYPE=基本形式；[/球扁鋼間隙]；/ PROF=(<型材類型1＞,<型材類型2＞,…)；圓弧定義；間隙定義。

（1）編碼。進(jìn)行平面建?；蚯娼r(shí)所要填寫的代碼，通常使用阿拉伯?dāng)?shù)字。多個(gè)相貫切口形式可以采用同一個(gè)編碼，彼此之間的匹配型材代號(hào)必須不同，經(jīng)過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)檢驗(yàn)，采用同一編碼器可以減少建模時(shí)設(shè)計(jì)員的記憶量，提高設(shè)計(jì)工作效率。（2）基本形式。AM系統(tǒng)中包含13種基本形式，以基本形式1（如圖1）為例進(jìn)行分析，其中應(yīng)根據(jù)不同型材選擇相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行定義。扁鋼需要定義R2，R3，R7，R8；球扁鋼需要定義R2，R3，R5，R6，R7，R8；角鋼需要定義R2，R3。（3）球扁鋼間隙C5。定義相貫切口和球扁鋼接頭圓心之間的距離（如圖2）。此語(yǔ)句僅存在于球扁鋼的相貫切口形式定義文件中。

圖1　基本形式

圖2　球扁鋼間隙

（4）型材類型。指定相貫切口適用的型材類型代碼，常用類型為扁鋼10，球扁鋼20、21，角鋼30、31，T形鋼40,43。（5）圓弧定義。用于定義的圓弧加工形狀，先指定圓弧在相貫切口中的位置編號(hào)，再給出圓弧/切角數(shù)值，其中R=0（或者未給出）表示節(jié)點(diǎn)，R<0表示切角，R＞0表示圓弧。（6）間隙定義。Tribon系統(tǒng)中基本型材類型對(duì)應(yīng)的間隙（如圖3）。

圖3　間隙

2.2 導(dǎo)入AM系統(tǒng)

編寫好Cutouts.dat文件后，利用Tribon系統(tǒng)船體初始化工具Initiate Hull Standards模塊中Cutouts，ext.def，create功能導(dǎo)入Cutouts.dat文件，運(yùn)行后在DO65文件環(huán)境變量SB_OGDB指向的數(shù)據(jù)庫(kù)中生成_ CUTSTDOBJ_數(shù)據(jù)。_CUTSTDOBJ_數(shù)據(jù)即為用于建模使用的必要數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)。

圖4　相貫切口圖例

2.3 Cutouts.dat文件舉例

下面是某型船一種球扁鋼相貫切口，其形式符合基本形式1,如圖4所示。

Cutouts.dat文件內(nèi)容為：

CUTOUT，2011 /TYPE=10 /PROF=(20,30)

/ARC=1 /RAD=(25,35)/H_LIM=121

/ARC=4 /RAD=(25,35)/H_LIM=121

/ARC=6 /RAD=(25,35)/H_LIM=121

/GAP=4 REF=4 /GAP=5 /REF=4

3 非基本形式的相貫切口和補(bǔ)板的實(shí)現(xiàn)形式

3.1 編寫宏文件

宏文件名稱必須和宏文件包含的補(bǔ)板或切口名稱相同。非基本形式的相貫切口和補(bǔ)板的宏文件的編寫規(guī)則基本相同，下面以補(bǔ)板進(jìn)行分析并指出二者不同之處。

3.1.1 補(bǔ)板坐標(biāo)系

補(bǔ)板坐標(biāo)系的特點(diǎn)：原點(diǎn)在型材和板剖切面的交點(diǎn)處；V軸是型材腹板理論線；U軸垂直于V軸，W軸方向與U軸和V軸相對(duì)位置符合右手定則。扁鋼和T形材U軸指向非理論線方向。補(bǔ)板定義時(shí)必須封閉，相貫切口定義時(shí)為開(kāi)放式圖形，從W軸向下看，逆時(shí)針?lè)较蚪⑤喞?，宏文件定義時(shí)必須考慮型材不垂直于板的特殊情況。

3.1.2 補(bǔ)板宏文件構(gòu)成

補(bǔ)板的建模與套料工作量一直在生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中占有較大的比重[5]。通過(guò)對(duì)自定義補(bǔ)板，可以開(kāi)發(fā)各種形式。

（1）系統(tǒng)參數(shù)。宏文件必須包含的參數(shù)，具體包括：版本號(hào)VERSION1：型材類型PROFTYPE，型材剖面參數(shù)PROF_PARAN1～6，方向向量V1～4，相貫系數(shù)WEB_ FACTOR、FLANGE_FACTOR，開(kāi)切口板厚PLATE_THICHNESS，補(bǔ)板位置CLIP_LOC，補(bǔ)板輪廓CLIP_CONTOUR，區(qū)間定義INTERVALS，坡口類型WELD。（2）用戶自定義參數(shù)及賦值。據(jù)此必要參數(shù)的定義完成補(bǔ)板和相貫切口外形定義。主要包括：額外方向向量、實(shí)數(shù)、二維點(diǎn)的定義以及上述參數(shù)的實(shí)例化賦值。（3）對(duì)點(diǎn)的描述。通常采用直接定義點(diǎn)坐標(biāo)，調(diào)用已集成的輔助宏文件兩種方式對(duì)點(diǎn)進(jìn)行描述。第二種方式是主要方式，據(jù)此可以較好的實(shí)現(xiàn)補(bǔ)板拓?fù)潢P(guān)系，實(shí)現(xiàn)型材和板不正交的情況下補(bǔ)板的定義。輔助宏文件主要包括：倒圓點(diǎn)fillet_radius_2d，直接相交點(diǎn)intersect_ line_2d，移動(dòng)生成點(diǎn)move_point_2d。（4）定義形狀。針對(duì)型材不同位置定義補(bǔ)板，并定義必要的坡口形式。

3.2 利用宏文件定義相貫切口和補(bǔ)板的優(yōu)化

以某型船一種球扁鋼相貫切口和相應(yīng)水密補(bǔ)板為例，進(jìn)行優(yōu)化分析。幾何宏編譯補(bǔ)板的思路大致是：先定義一系列的點(diǎn)，這些點(diǎn)分別位于線段的拐點(diǎn)處，然后通過(guò)函數(shù)將這些點(diǎn)連起來(lái)[3]。優(yōu)化后補(bǔ)板形式如圖5。此補(bǔ)板對(duì)應(yīng)的相貫切口不屬于基本形式，利用宏文件進(jìn)行定義，除了要定義P0～P5點(diǎn)外，特別優(yōu)化定義了C1和C2點(diǎn)，使其更加貼合船體曲面和型材截面。連接點(diǎn)連接形狀時(shí)順序?yàn)镃2—P5—P4—P3—P2—P1—C1,優(yōu)化后的輪廓可以保證相貫切口與板邊有交點(diǎn)，確保在后期板件分離順利進(jìn)入板件數(shù)據(jù)庫(kù)，方便后續(xù)的套料和放樣，如圖6。

圖5　水密補(bǔ)板

圖6　相貫切口

3.3 鏈接補(bǔ)板宏到AM系統(tǒng)項(xiàng)目

首先，在船體平面模塊或曲面模塊Geometry Macro功能對(duì)宏文件運(yùn)行校驗(yàn)和進(jìn)行必要的修改完善，之后通過(guò)D065文件中環(huán)境變量SBH_CLIPS_MACRO指向的文件sbh_ clip_macro.dat就是補(bǔ)板的設(shè)置文件。將定義好的補(bǔ)板宏文件鏈接到Tribon具體項(xiàng)目中，建模時(shí)便可以利用選擇菜單選擇相應(yīng)的相貫切口和補(bǔ)板。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)船體結(jié)構(gòu)中相貫切口與補(bǔ)板在Tribon系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行綜合分析和優(yōu)化，得到如下結(jié)論：

（1）相貫切口和補(bǔ)板在Tribon系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是需要用戶自己進(jìn)行必要配置以及宏文件定義才可以實(shí)現(xiàn)的；（2）相貫切口和補(bǔ)板宏定義優(yōu)化時(shí)需要充分考慮各種情況，包括型材與板不正交，以及能夠匹配同種型材不同高度情況；（3）采用優(yōu)化過(guò)的方案，能夠較少建模和分離板件時(shí)的出錯(cuò)率；（4）采用優(yōu)化過(guò)的選擇菜單能夠提高菜單的可讀性，降低記憶要求；（5）經(jīng)過(guò)優(yōu)化的Tribon軟件“相貫切口與補(bǔ)板”模塊可大幅度提高船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)的工作效率。

[1]尹群，謝柞水，尹真.船舶構(gòu)件相貫切口補(bǔ)板形式工藝性的模糊綜合評(píng)判[J].造船技術(shù)，1994，（12）：16-19.

[2]尹群，謝柞水.艦船相貫結(jié)構(gòu)切口形式的力學(xué)分析[J].船舶工程，1997，（5）：11-13.

[3]易容容,蒙昌松.宏語(yǔ)言在補(bǔ)板二次開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用[J].廣東造船，2009，（11）：36-38.

[4]沈玉琦.Tribon M3船體系統(tǒng)宏命令開(kāi)發(fā)[J].船舶，2012，23 （6）：66-69.

[5]黃凱，彭震.在TRIBON系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自定義補(bǔ)板的二次開(kāi)發(fā)和應(yīng)用[J].廣船科技，2012，（2）：50-53.

Analysis and Optimization of the Intersect Cut and Clips by AM

ZHOU Libin
(Dalian Ocean University, Dalian 116023)

The implementation of the intersect cut and clips in AM is analysized and optimized.It researches the basic form of the intersect cut and clips.How to realize the design about non basic forms of them is also discussed. Optimization design can reduce the error rate in the prcess of the modeling and the separation plate, So it can improve the production efficiency.

AM, intersect cut, clips, optimization design