基于CATIA三维建模的船舶稳性计算方法研究

摘要

船舶稳性一直是衡量船舶安全性能的重要指标，它关系到船舶的人员财产安全、船舶的运输安全以及海洋环境保护等各个方面，所以在船舶的设计阶段对船舶稳性的快速计算就尤为重要。在传统的稳性计算方法中，在确定船舶自由浮态状态下的各项几何要素时，是利用二维的线框模型计算，通过水线与横剖线确定交点区间后求得水线与船舶插补函数的交点，通过数值积分的办法进行计算。这么做的缺点是，二维方法进行数值计算的精度往往取决于所选择的积分数据点数量和积分方法，输入繁琐，精度不高。以船舶的型排水体积V为例，在通过二维方法进行数值计算时，选择的横剖面数量越多计算结果精度越高。随着计算机技术的不断发展，船舶三维建模能力不断增强，船舶稳性的计算工作也逐渐的从二维转向三维，通过必要的二次开发，计算稳性和其他性能成为可能。CATIA作为一款强大的三维曲面设计软件能够进行有效的型线及曲面光顺，并提供了二次开发的接口，为基于船体三维模型的稳性计算提供了平台，本文所做主要研究工作如下:
　　(1)基于CATIA平台，研究了船舶从线框模型到船舶实体模型的建立过程，并通过VB在CATIA平台下进行二次开发，实现了船舶三维曲面实体的快速建模，减少重复性操作，简化建模过程，为后续的稳性计算提供三维数据模型。
　　(2)提出了在CATIA平台中自由浮态下确立水线面位置的方法（水线面的三维空间问题），在此基础上实现了任意浮态下的水线面与船体曲面求交，对船舶实体进行切割运算，提取稳性计算中需要用到的几何要素，包括水线面面积、水线面惯性矩、排水体积及浮心位置等。
　　(3)基于上述方法实现船舶任意浮态下的静水力要素计算和完整稳性计算，通过对海域看护船实例的计算证明本文提出方法的可行性，且计算精度较高，并能为后续的破舱稳性计算提供基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外稳性研究概况

1．2．1 完整稳性研究概况

1．2．2 破舱稳性研究概况

1．2．3 稳性计算方法概述

1．3 CATIA二次开发研究概述

1．4 稳性研究的发展趋势

1．5 论文主要内容

2 完整稳性与破稳性计算原理

2．1 稳性的计算过程

2．2 稳性计算原理

2．2．1 浮态角参数和坐标变换矩阵

2．2．2 基于逐次线性方法的稳性计算

2．2．3 基于非线性规划方法的稳性计算

2．3 本章小结

3 软件及开发工具选取

3．1 主要的稳性计算软件介绍

3．1．1 NAPA简介

3．1．2 TRIBON简介

3．1．3 MXSURF简介

3．2 CATIA介绍

3．3 CATIA的二次开发技术

3．4 本章小结

4 基于CATIA的三维建模方法及曲面求交

4．1 基于CATIA的三维建模方法

4．1．1 船舶实体模型建立过程

4．1．2 线框模型

4．1．3 曲面模型

4．1．4 实体模型

4．2 基于CATIA进行曲面求交

4．2．1 CATIA中建立水线面

4．2．2 水线面与船体求交

4．2．3 几何要素提取

4．3 自由浮态计算

4．3．1 计算完整船自由浮态下水线面位置

4．3．2 算例验证

4．4 本章小结

5 完整稳性计算及算例

5．1 大倾角稳性计算

5．2 编制程序

5．2．1 程序结构框图

5．2．2 程序界面

5．3 海域看护船算例

5．3．1 海域看护船的主尺度

5．3．2 静水力计算结果及分析

5．3．3 完整稳性计算结果及分析

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢