ug环境下船模三维网格化建模与仿真系统

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1、1绪论1.1前言船模是根据船舶设计要求按一定比例缩小制造的钢质、木质、玻璃钢或其它材质的船舶模型，用来进行阻力拖曳试验与操纵回旋试验，在造船业、船舶设计、仿真实验、教学中起着重要作用。新型船舶在研制过程中，为了预报或改进其航海性能，需要反复在专用拖曳水池[1]中做各种类型的模型试验，如船模阻力试验、螺旋桨性能试验、船模操纵性实验和[2]耐波性试验等，根据试验数据来修正模型船体形状，最后作为建造实船的重要依据[3]。[4]在教学和科研中，船模也起着很重要的作用：船舶原理学科的发展是和水动力学试验技术的发展相互促进、相互依

2、存的，大量船模试验的结果可以归纳上升为理论，而任何相关理论都需要通过试验的验证。船模作为实船试验的近似替代品的可靠程度（即动力相似性），是和它的几何相似[5]性密切相关的：船模的尺寸比例必须满足一定的要求，更重要的是几何加工精度要高、船底表面足够光滑，否则会使试验结果误差增大。因此，如何提高船模加工的精度、保证试验过程中的动力相似性，是非常有意义的研究课题；研究船模的三维造型方法，提高船体自身的准确度、精确度和相似性，是其重要的组成部分。1.2课题的来源、目的和意义1.2.1课题来源该课题是武汉理工大学船模实验室提供的

3、资金和相关资料，由武汉华阳数控公司承接，委托工艺装备及自动化系研究设计。该项目要求数控系统可在已有船模型线图（AutoCAD图）或型值表的条件下，对船模进行三维造型，并自动控制船模底面的切削加工。11.2.2课题目的、意义本课题的研究目的，是研制出一种取代手动加工船模的加工系统，该系统可以根据不同的船模图纸要求，对船模进行曲线曲面生成、光顺、三维造型、效果显示、几何参数修改、选择加工刀具及加工方式、生成数控加工NC代码、最后控制加工的一系列操作，同时保证加工的几何精度。本论文主要针对船模的三维造型，同时，用其仿真效果验

4、证该三维造型的正确性与适用性。1.3船模设计系统的发展现状和趋势1.3.1船模设计系统的发展现状国外涉足船模/船舶三维造型、数控加工的公司较多，所开发的软件功能比较丰富，[13]～[18]下面简要介绍其中一部分：1.AutoShipSystems公司开发的AutoShip软件。其主模块是船体外型设计和曲面造型程序（hulldesign/surfacemodelingprogram），将Windows图形用户界面与NURBS算法、高端曲面造型CAD系统结合起来，操作简便。辅助模块有静水力/稳定性的计算、船体阻力及功率估算

5、、结构设计，可选购模块为CNC切削加工程序。2.加拿大阿尔伯克研究有限公司(AlbacoreResearchLtd.)研制的船舶建造软件ShipConstructor。基于AutoCAD和MicrosoftAccess二次开发，是一套完整的用于产品建模的软件。包括ShipCAM、CAD-Link、ShipReport、NC-Pyros四个模块，分别用于光顺和放样、产品建模、基于MSAccess的数据库报告和数控切割处理等方面。ShipCAM、CAD-Link、NC-Pyros与ShipReport形成一个有机整体，Sh

6、ipCAM、CAD-Link、NC-Pyros中任何数据的变化都会引起ShipReport相应的更新。3.利亚FormationDesignSystems公司的MaxSurf：为船舶设计者和建造者提供了一套完整的船舶设计和建造软件，Maxsurf包括一整套建模工具，可使船舶设计师快速、精确地设计出优化的船体线型。用NURBS曲面建立一个真正的三维船体模型，进行曲率分析显示、光顺、精细化，并渲染着色、输出型值和静水力计算、出图和打印，能自动生成结构部件，包括桁材、肋骨和板的展开，定义部件的位置，几何形状并建立数据库，能以

7、DXF文件输出到其它CAD软件，或直接输入到NC数控切割系统。在国内，将船舶三维造型、光顺以及数控加工结合起来开发的软件数量较少，主2要有上海交大船舶设计技术国家工程研究中心开发的CASIS-III船舶建造集成系统。另外中国船舶工业总公司开发了HCS3.0船体建造系统，沪东船厂研制出船体光顺软件。1.3.2船模设计系统的发展趋势1．设计、仿真及加工一体化船模是按照实船图纸缩小比例设计加工而成，其船体的三维建模、曲面造型和光[11]顺操作与实船基本一致，因此船舶建造软件同样适合于船模的制作。目前的船模/船舶建造软件，都是

8、一个集设计、造型、光顺、CAM、CNC、性能分析、仿真以及数据库管理为一体的大型软件系统，是用户设计、制造与开发的有力工具。2．系统具有较好的柔性和较高的开放性一套优秀的船模数控系统可以设计和加工多种船模，能以通用的文件格式（如AutoCAD格式）输出CAD图纸，留有与多种CNC设备连接的接口。1.4本课题已有的基础、成果及研究计