船舶板架结构四边形有限元网格自动生成技术研究

摘要

CAD、CAE在现代产品开发设计中起着非常重要的作用。在CAD设计的同时，运用CAE对产品的几何模型进行数值计算，对产品的性能和结构进行评估，从而达到改善设计结构，提高产品性能、缩短设计开发周期的目的。目前船舶设计所普遍采用的设计流程是：基于AutoCAD与Patran的并行设计，完成方案设计以及详细设计；然后在船舶设计专业软件Tribon中根据前期的设计结果重建3D模型进行生产设计。可见，该设计流程的各个系统间的模型分别独立创建，既浪费资源，又难以保证产品数据在产品生命周期中的一致性。船舶设计所提出的新设计流程，将功能强大的Tribon设计系统移至产品的初步设计阶段，实现Tribon模型(CAD)与Patran(CAE)之间的数据共享，缩短产品的设计周期。但是，在新设计流程中，有两个问题亟需解决。第一，由于Tribon数据开放性不够，与其他开发平台（如Patran）缺少接口，无法将模型直接导入Patran中。第二，由于在船舶板架结构有限元分析中，要求附着在板架上的加强筋和孔洞等结构必须作为约束被离散，最终成为网格单元的一条边，相应的网格节点落在约束线上，而Patran系统中的标准算法都无法满足这种约束四边形网格单元的生成，需要后续的人工调整。 本文首先对Tribon中模型进行了数据抽取研究，为实现Tribon与Patran间的模型数据共享以及下一步板架结构网格划分提供了前提；然后针对船舶板架结构有限元网格生成特点及要求，提出一种适用于约束四边形有限元网格生成算法，有效解决了带有加强筋等约束的板架结构四边形网格划分问题，为进一步缩短产品的设计周期提供了技术上的支持。