CAD在越南渔船型线设计及稳性计算中的应用

摘要

曲线曲面造型技术是CAGD中最活跃最关键的学科分支之一。在船舶、飞机、汽车等计算机辅助外形设计中，对产品的光顺性有很高要求。光顺概念来源于工程实践，蕴涵着丰富的内容，涉及到数学、物理学、美学以及心理学等许多领域。光顺涉及到几何外形的美观性，具有光滑、顺眼两方面含义。判断曲线曲面光顺与否及光顺程度，往往依赖于设计人员的工程经验，有一定的主观色彩。所以，应从数学和物理学等的角度，研究光顺问题，确定光顺准则，将光顺问题转化为具有严格意义的数学问题。因此曲线曲面的光顺处理成为CAD/CAM中非常重要的一个问题，国内外许多学者对曲线曲面的光顺问题进行了大量研究。
　　 船体曲面比较复杂，在实际应用中，实现船体曲面的数学描述非常重要。船体曲面的数学描述有着很大的优越性，如放样精确，求值（型线、肋骨线、结构线、接缝线等）方便，也是后面船体结构设计，工程分析，建造的依据，是实现智能设计、虚拟建造的先决条件。所以，用NURBS技术作为数学工具，对船体曲面进行表达、插值和光顺处理是本文的主要研究内容之一。本文根据船体型值表的数据，用NURBS曲面来描述完整船体曲面，对插值曲面边界条件构造及节点矢量计算进行了研究，实现了船体曲线曲面的NURBS表达。
　　 根据曲线曲面的性质，以弹性样条和弹性薄片体的能量为物理模型，构造曲线曲面的光顺算法模型。对船体曲线曲面进行了光顺处理，得到满意的结果。用曲线的曲率图评价曲线的光顺性，用高亮线模型对曲面进行光顺性分析。在曲线曲面光顺算法中，对边界条件的控制也进行了研究。
　　 在船体曲面造型设计中，常用到曲面与平面的求交运算。根据投影变换原理，给出一种曲面与平面求交的新算法，算法原理简洁直观，计算稳定。并在本文得到成功应用和检验。
　　 在船体曲面NURBS表达完成后，使基于船体曲面的三维设计得以实现。研究了三维空间计算机辅助船舶设计方法，对船体外板排列及展开、船体舱室划分及计算、船体内部构件的参数化特征造型等在三维可视环境下进行虚拟设计。基于三维的设计较之传统的二维设计方法具有无法比拟的优越性。
　　 本文以AutoCAD的VBA为开发环境，以AutoLisp为编程语言，完成上面的研究工作。并且，对特征类定义，约束关系引入，图形数据库和外部数据库联接与管理等也进行了研究。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文背景

1．2 本文主要研究内容

第2章 NURBS曲线曲面的表达和插值算法

2．1 基本理论曲线

2．2 曲面的基本理论

2．3 贝塞尔曲线和曲面

2．3．1 Bernstein多项式

2．3．2 贝塞尔曲线

2．3．3 贝塞尔 曲面

2．3．4 连续性条件

2．4 样条曲线和曲面

2．4．1 插入节点

2．4．2 节点删除

2．4．3 NURBS

2．5 用NURBS表示实际的船体曲线曲面

第3章 船舶B样条曲面

3．1 规则的可展曲面

3．1．1 规则曲面

3．1．2 可展曲面(规则曲面的一种)

3．1．3 可展曲面-平面集合的包络

3．1．4 高斯曲率

3．2 介绍和综述

3．2．1 可展贝塞尔曲线条

3．2．2 点和面的二元性

3．2．3 非线性表示

3．2．4 发展

3．3 平行平面准线的B样条可展曲面

3．3．1 算法

3．4 带有3D准线的可展曲面

3．4．1 可展贝塞尔曲面

3．4．2 B样条曲线的可展曲面

3．4．3 可展曲面的精度

3．4．4 平面约束的可展曲面

3．4．5 可展平面进行退化

3．5 将可展曲面展为平面

3．6 曲面光顺算例

3．6．1 介绍

3．6．2 曲线光顺

3．6．3．船体光顺

3．6．4 结论

第4章 船舶现代数字型线设计方法

4．1 线形的数学设计

4．1．1 纵向函数法

4．2 母型船改造法

4．2．1 主尺度变换

4．2．2 横剖面积曲线变换

4．2．3 船肿剖面的变换

4．3 3D设计方法及实例

4．3．1 简介

4．3．2 研究成果:

第5章 软件系统开发

5．1 AutoLISP

5．1．1 关于AutoLISP程序的编写和使用

5．1．2 AutoLISP程序文件的自动加载

5．2 AutoCAD VBA

5．3 AutoCAD二次开发以设计船舶型线和检查稳性

5．3．1 程序流程图如图5.1所示:

5．3．2 使用说明

5．4 重要程序代码

结论

致谢

参考文献