摘要：我院引入具有自主知識產權的船舶設計軟件——滬東東欣SPD系統(tǒng)輔助教學，通過對船體不同分段結構建模實踐，總結了常見結構的建模方法和技巧，可供船廠相關人員及船舶專業(yè)師生參考，教學中將模型應用于船舶結構與制圖、船體放樣等課程教學，加深了學生對結構和圖紙的理解，深化了教學改革。

關鍵詞：船舶CAD；結構建模；滬東SPD

中圖分類號：U662.9 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）27-0095-03

0 引言

本文主要介紹滬東東欣SPD系統(tǒng)常用結構建模方法，滬東東欣SPD系統(tǒng)是一款功能強大、操作便捷的國產船舶設計系統(tǒng)，廣泛應用于船企和院校[1]。其船體設計功能主要包括平面板架建模、曲面板架建模、肘板建模、圖紙及報表生成等。通過對船體不同位置進行建模實踐，并可以利用系統(tǒng)積極進行教學改革[2]，引導學生認知船體結構、理解船體圖紙、進行船體放樣切割與裝配等，從而提高教學效果，提高學生實操能力[3]。

該系統(tǒng)的結構建模過程是：進行初始化，首先建立一個工程（一般把一艘船作為一個工程），在工程里定義坐標定位面，獲取線型，定義甲板，建立圖冊和模型，生成基本曲線，復制系統(tǒng)標準庫到本工程，分段定義。然后進行船體結構建模，包括曲面板架平面板架及肘板等結構的建模。之后利用模型就可以進行圖紙生成、圖面處理、報表生成、數(shù)據提取等。

1 常用結構建模

船體結構的建模主要包括曲面板架、平面板架還有肘板的建模。

1.1 曲面板

曲面板架建模包括板和型材的建模。曲面板架的構建過程為：首先建立板縫，然后選擇板縫邊界并填寫參數(shù)生成板，然后建立扶強材。板和扶強材都可以開孔。

圖1中a、b是比較典型的兩種曲面板形式，圖c相對比較綜合的應用。

a的板縫比較簡單，可以直接用平面截交線。

b除了平面截交線，曲面角隅處的板縫需要用柱面截交線生成，這里采用給定樣條，根據船體坐標，原點為（0，0，0） ，方向U填寫X分量1，方向V填寫Y分量1，樣條列表中每一行的（U，V） 表示所取的點坐標，行數(shù)就是取的點數(shù)，默認自動填寫在第一行第一列，每一行的第一列表示該點與下一點的連接半徑，0表示直線相連，E表示橢圓弧相連，第二列和第三列為U和V值，例如這段柱面線填寫的樣條值為（5，F(xiàn)R83+200，8075） （0，F(xiàn)R84+50， 8075） （0，F(xiàn)R84+50， 8175） （-E，F(xiàn)R86+50，8875） （0，F(xiàn)R86+100，8875） 。

圖2是曲面上的型材示例，這類骨材的創(chuàng)建較簡單，一般是利用船體跡線排布型材，或者定義船體曲線來進行定位。骨材上還可開孔，還可根據實際靈活設置骨材端部形式參數(shù)。

1.2 平面板架

船體中平面板架建模較多，比如艙壁板、強構件腹板、平臺板等，這些都可以用平面板架來構建。平面板架的構建過程是定義板架屬性，定義板邊界，定義板厚板縫，定義內孔邊界孔貫穿孔、定義扶強材等。板架的邊界形狀多樣，平面板架的構建難點是板邊界的定義，可靈活運用平面曲線、自由邊等方式建立邊界，板上扶強材定義較容易，主要是定位和端部形式需要注意一下，以下通過幾個平面板架的構建來說明平面板架建模方法。

1.2.1 開孔板

圖3是比較常見的幾種開孔板，圖中a開口是不規(guī)則曲線內孔，b開口是邊界孔，規(guī)則落地方孔，c開口是規(guī)則腰圓內孔。其中規(guī)則孔比較容易，直接選用合適的孔類型即可，不規(guī)則孔一般把不規(guī)則邊定義為曲線，利用曲線生成曲線孔或者曲線邊界，比如a是生成曲線孔，b是邊界孔，b也可以不用開邊界孔的方式，把孔作為板的邊界曲線，定義曲線邊界，修改板邊界的方式也可以實現(xiàn)。

以a為例，這種板的建立方法：（1） 根據板所在位置定義板架屬性、邊界以及板厚；（2） 定義封閉曲線C1，也就是內孔的曲線，這個曲線創(chuàng)建比較簡單，可以用邊界偏移帶半徑參數(shù)的方式，具體數(shù)據根據孔的具體尺寸確定；（3） 定義內孔，內孔類型為曲線孔，曲線為定義的曲線C1；（4） 定義內孔面板，比如采用150*12 FB，起始端和終止端的連接方式為5，端部形式1100；（5） 根據具體平面板，可再定義板縫、定義邊界孔、定義貫穿孔。

b、c板的建立就相對比較容易了，可以直接開邊界孔和內孔。隔板、肋板、艙壁板、底桁材的建立方式都可以采用這種方式。

1.2.2 腹板高度變化的強構件

圖4是比較常見的強構件，a是腹板端部升高的強半橫梁，b是強橫梁和強肋骨組成的框架，強構件腹板一般可用平面板建模，腹板高度不變的強構件可以直接用直線就可，高度不同的邊界曲線生成方式比較靈活，可靈活應用曲線段的生成方式。

a中腹板邊界的創(chuàng)建可以用定義拓撲點，然后連接拓撲點形成曲線，也可以直接用CAD線進行轉化。這種是比較簡單的一個位置的腹板高度變化，多個位置腹板高度有變化的創(chuàng)建方法類似，就是建的拓撲點或者轉化的CAD線不一樣而已。

拓撲點的定義方式：可以把組成邊界曲線的各直線段的端點定義成拓撲點，然后連接拓撲點形成曲線的各樣條段即可。

CAD線轉換的方式：可以在板平面上繪出邊界曲線的CAD線，然后曲線的樣條段用CAD線轉化即可。

b這種強框架的腹板建立也比較靈活，腹板邊界為曲線加直線，曲線可以采用邊界偏移帶半徑參數(shù)的方式，直線部分可以輸坐標可以用拓撲點也可以用CAD線轉化，定義方式：（1） 根據該結構所在位置定義板架屬性；（2） 明確的邊界可以先定義，右下曲線部分，可以先大概拉一條線作為邊界；（3） 定義曲線C1，上半部分曲線可以采用上邊界和左邊界偏移加半徑參數(shù)的方式，圓弧半徑需要注意一下方向，如果圓弧朝向反了，需要在半徑前加負號；（4） 曲線下部分為直線段，直線段可以用CAD轉化，也可以用定義拓撲點連成直線的方式；（5） 根據具體結構型式定義面板，比如采用150*12FB，定位在左下曲線邊界，起始端的連接方式為4，端部形式為1 100，終止端的端部形式為1 402，40，30；（6） 根據該段結構，可再定義板縫、邊界孔、貫穿孔、加強筋等。

1.2.3 用平面板架定義的舭肘板

圖5是幾種不同方式建立的舭肘板形式，a用曲線，b是用自由邊，c較簡單，用板架剖面線。

不規(guī)則邊界用曲線建立的過程，比如舭肘板a的建立可以采?。海?） 根據該結構所在位置定義板架屬性；（2） 明確的邊界可以先定義，右下曲線部分，可以先大概拉一條線作為邊界，比如這里的邊界可以是shell，內底板->內底縱骨->大概位置拉的一條線->外底縱骨；（3） 定義曲線C1，比如圖示a右曲線段可以分為2個樣條段，第一條shell偏移250，第二條是確定的Z值帶半徑150；（4） 根據具體端部型式定義面板，比如采用150*12 FB，定位在左下曲線邊界，起始端的連接方式為4，35，端部形式為1 402，50，終止端的連接方式也一樣；1.2.4 根據該段結構，可再定義邊界孔、貫穿孔、加強筋等。

不規(guī)則邊界用自由邊建立的方式，比如舭肘板b 的建立可以采?。海?） 根據該結構所在位置定義板架屬性；（2） 明確的邊界可以先定義，右邊界曲線部分，可以先大概拉一條線作為邊界，比如這里的邊界可以是內底板->大概位置拉的一條線->shell；（3） 右邊界曲線部分可以用自由端定義，連接方式可以選用RT1T2，比如這里起始端位置可以取Y1=L14，趾端250，終止端Y2=L14，趾端250，R取300，T1和T2取45度；（4） 根據該段結構，可再定義邊界孔、貫穿孔、加強筋等。

1.3 肘板

系統(tǒng)中肘板分為兩邊界肘板和三邊界肘板，如圖6所示，還可以設置折邊或面板形式，增加加強筋以及開內孔等。

a和b是兩邊界肘板，根據所處位置選擇肘板邊界類型，選擇好邊界后，定義各連接參數(shù)，以a為例，比如這里是位于甲板縱骨和舷側縱骨間的一個梁肘板，主邊界為甲板和舷側，輔助邊界為兩根縱骨，A端和B端的參數(shù)都可用S=0，H=-15來定義，選擇AB端連接參數(shù)，這里可以選用FB3（參數(shù)A1=0，A2=0，R=200），并開好邊界孔，定義好肘板形狀后，可以根據結構形式具體選擇是否需要折邊或面板，是否需要加強筋或開孔等。

c和d是三邊界折邊肘板，根據所處位置選擇肘板邊界類型，選擇好邊界后，定義各連接參數(shù)，以b為例，比如這里是位于外殼、平臺和縱艙壁三個主邊界間的一個大肘板，輔助邊界為舷側縱骨和艙壁扶強材，A端和B端的參數(shù)都可用S=0，H=-15來定義，選擇AB端連接參數(shù)，這里可以選用FB1（參數(shù)R=1 750），并開好邊界孔，定義好肘板形狀后，可以根據結構形式具體選擇是否需要折邊或面板，是否需要加強筋或開孔等。

1.4 其他一些常見結構

1.4.1 箱型中底桁

箱型中底桁的建立主要是內外底橫骨的建立，以外底橫骨為例：（1） 根據該結構所在位置定義板架屬性；（2） 明確的邊界可以先定義，上邊界可以先大概拉一條線作為邊界，比如這里的邊界可以是左側板->shell->右側板->大概拉的一條線；（3） 修改上邊界，定義為自由端，選擇LR1T1R2T2形式的連接方式，根據具體參數(shù)，輸入起始端位置Z1=600及趾端20，輸入終止端位置Z2=600及趾端20，輸入連接方式的R值250 和T值44，以及Line值440；（4） 根據該段結構具體形式，可再定義扶強材、邊界孔、貫穿孔等。

1.4.2 支柱

支柱的建立方式，比如圖8鋼管型支柱：（1） 首先在型材標簽里定義一個標簽，比如PI100；（2） 在型材規(guī)格里添加所需要的鋼管尺寸，比如280*10D；（3） 定義一根曲線，支柱沿著這條曲線建立，假設這里建立一條空間曲線，樣條點列?。‵R84，3 000，15 00） 和（FR84，3 000，10 000） ；（4） 建立曲面型材，選擇剛定義的曲線，定義的標簽，型材規(guī)格，起始端和終止端的端部連接選擇4，端部形式1 100；（5） 定義支柱上下墊板，在合適的Z處定義墊板板架屬性，邊界選擇用簡單閉合線，參數(shù)選擇圓心坐標（FR84，3 000） ，給一個半徑比如R190，之后定義板厚；（6） 定義肘板。

1.4.3 常用端部形式

以扁鋼為例，圖9a和b是常用W和S端部形式，系統(tǒng)提供的端部形式比較多，可以根據具體的結構形式進行選擇，不同的型材編碼首位不同，扁鋼以1開頭，a 采用1 110端部形式，開R35的通焊孔。b采用1 302端部形式，削斜30度，留根15。扁鋼有時作為面板，端部形式會出現(xiàn)其他形式，比如圖9c，這種形式上端的端部形式可以選擇1 402的形式，下端的端部形式可以選擇1 900，參數(shù)可以?。? 900，50，50，15，300，90，15） 。

2 總結

利用SPD系統(tǒng)進行船體結構建模，方便快速，本文整理總結了一些常用結構的建模方法技巧，可供船廠相關人員及在校師生參考，提高建模速度。同時積極應用到船體結構與制圖、船體放樣等專業(yè)課程的教學與實訓，學生易于理解，提高了學習興趣，提高教學效果，學生在全國職業(yè)院校船舶與海洋工程 CAD/CAM 技能大賽及全國海洋航行器設計與制作大賽實踐中連續(xù)多屆獲得一等獎[4-5]。

參考文獻

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】