试分析船体结构的三维设计

王斌

摘 要：对于船体结构设计而言，三维设计是重要方向。从专业角度讲，船体结构设计与船舶安全息息相关，是关键性环节，在质量方面要求较高。本文针对船体结构的三维设计进行了深入剖析，探讨了三维设计的实施方案，对结构设计中的三维设计技术进行了详细的阐述，以期实现对船体结构设计环节的有力指导，为整个行业发展提供更大技术支撑。

关键词：船体结构；三维设计；发展

在船舶制造领域，随着CAD与CAM技术的不断发展，三维设计技术得到更加广泛的应用，加快船舶制造数字化进程。在三维设计方法的应用下，船舶制造质量显著增强，生产效率得以提高，对整个船舶制造行业的发展意义深远。

1 基于专业角度对三维设计方法的描述

（1）三维设计的概念及运用目的。

对于三维设计方法而言，其发展与应用主要以平面与二维设计技术为基础，强化设计目标立体化的实现，是新型设计技术类型。鉴于三维设计较强的立体感特征，需要对设计平台及相关软件进行熟练掌握，增强操作技巧性，切实提升操作效率。

（2）三维设计软件的主要特征。

首先，三维软件能够呈现直观的效果。三维模式的突出特征就是直观性较强，能够全面与清晰地呈现结构设计。其次，在三维设计中，干涉检查主要针对设备进行检查。船舶结构设计内容复杂，设备类型多样，不良问题很容易出现，一旦建造中出现设备干扰问题，直接影响船舶建造的顺利性。而三维设计方法能够对设计中存在的不合理进行有效避免。再次，存在设计多专业、多领域并行的情况。在船体线性设计完成之后，相关专业的设计处于同步进行的状态，在计算机的支持下，能够实现对设计的全面呈现，为船舶结构设计赢取更多时间，有效避免问题的发生。第四，数据流动表现为一致性。对于设计工作，将其置于三维模式，能够在同一模型上进行数据任何变更，数据状态具有一致性，同时，有效维护图形与数据的统一性。三维设计的模型可以直接用于施工，结合成本管理掌握相关部件消耗情况，避免数据误差的出现。第五，借助数据库管理，强化设计信息的统一、集中管理，数据处理速度得到提高。

2 立足三维设计软件TRIBON对船体结构三维设计与施工的介绍

（1）船体结构三维设计软件概述。

在船体设计中，最为基础的是软硬件设施的应用。在进行船体三维设计的时候，软件类型各不相同，不同国家也存在差异，我国常用的软件包含CAD、EFSHD、CATIA以及TRIBON。一般，CAD属于简单的一种，操作灵活，EFSHD与CATIA专业性较强，对操作人员要求较高。TRIBON与我国船体结构建造发展相适合。

（2）遵循TRIBON软件设计要求，合理设定相关参数与标准。TRIBON软件在应用之前需要进行相关参数的合理设置。具体讲，包含船舶设计所有参数与文件，从而形成设计标准。首先，要对船型进行明确与设计，确定船型参数指标，也就是说，以船型为基础，明确参数基准、结构方式、链接模式等，同时，对坡口、套料、材质等数据进行确定。在结构建模之前，曲面文件不可或缺。TRIBON建模的首要任務就是船体线型的形成与光顺。

（3）严格控制曲面建模的精度，为平面建模打下基础。

对于曲面建模而言，主要是生成曲面板架以及外板型材。在建模过程中，TRIBON能够结合需要进行零件的随时查看，对其进行目的性分离与连接，实现对零件接口的有效校对。曲面建模的目的是为平面建模做基础，尤其是为外板骨切口与外板板缝的焊接提供支持，同时，保证各个环节处于相互关联的状态。在船体结构建造中，基础部分是曲面造型。在曲面设计的过程中，船体精度是重要指标，影响力较大，需要将偏离误差控制在1毫米以内，同时，维持三面光滑的状态，保证连接要具有一阶导数的连续性。曲面连接的顺滑性可以通过约束条件的约束以及曲面计算来实现，同时，将相邻曲面的误差需要控制在合理范围之内。整个曲面设计精度较高。

（4）重点进行平面建模，强化细节处理。

立足整个建模工作，平面建模是核心。首先，在船体结构建造中，船体通常被分为几个部分，基础为平键模型。在建模的过程中，要明确速度与质量的关系，保证建模顺序的合理性，及时进行调整，有效提升建模效率。建模完成之后，需要对强构件与散装构件进行处理。在进行平面构建的时候，要对边界进行定义，有效提升建模的精准度，加快建模速度。对于边界，可以进行拷贝，发挥参照的作用。在完成参照版修改之后，边界修改完成，建模准确性得以增强，错误率被降低。在完成建模操作之后，借助渲染形成的立体效果强化对建模质量的检查。在TRIBON绘图命令的支持下，实现对模型角度与文件形式的转换，再借用CAD软件进行图纸的细化处理。

（5）模拟船体装配与焊接环节，强化对不足之处的改进。

在装配环节，要对船体构建方法进行明确，结合部件类型与大小，实现对装配过程的模拟。具体讲，模拟的过程就是借助计算机进行船体零件装配的模拟，一旦发现模型或者装配中的问题，可以提醒建模人员进行修改。TRIBON功能强大，强化对装配信息的全面反映。另外，焊接也是重要内容，借助TRIBON软件曲面与平面模型的信息，能够准确掌握焊接信息，有效设置焊接的高度等相关参数。

（6）生产信息与套料界面为船体结构设计提供综合性信息，有效发挥软件优势。

对于生产信息提取界面，支持信息提取需求。整个界面信息较多，能够进行多类信息的生产。TRIBON界面能够进行多种设计。首先，能够进行零件与型材数据的生产设计，便于下料设计的指导。其次，能够生成零部件表。再次，提供型材样箱与外板加工样板数据。第四，生产重量中心，为船体结构起吊提供支持，同时，便于进行运输等费用的核算；在套料界面，主要是结合信息切割材料进行零部件的制作，强化对套料、切割以及生产设计的操作。在TRIBON生产信息的影响下，形成以其为主、CAD为辅的船体结构设计体系，强化优势的发挥，对船体设计意义重大。

3 对船体结构三维设计核心技术的分析

立足船体结构设计，曲面光滑度不容忽视，主要借助光弹法进行曲率径的明确，同时，也可以结合使用高斯曲率法与光照法。高斯曲率法通过曲面上颜色的过度情况来确定曲面光滑度。光照法利用光的反射进行判断。另外，船体结构建模离不开结构库支撑。结构库借助文件进行文件大小与形式的表达，更显建模的智能化水平。

4 结语

综上，鉴于船舶结构设计的复杂性与系统性，三维设计十分关键，需要重视三维软件的合理选择。要结合船舶建造实际，进行软件的针对性选择，强化船体信息的明确，准确掌握建模方法，全面发挥三维设计对船体结构设计的作用，有效增强船体质量，提高建造效率，推动船舶制造业的有序发展。

参考文献：

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