船舶板架结构四边形有限元网格自动生成技术研究

论文摘要

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。对此,船舶设计所提出了一种新的设计流程: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。基于此,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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究需求分析
• 1.2 研究现状
• 1.3 课题研究目标
• 1.4 系统框架概述
• 1.5 课题研究意义
• 1.6 本文章节安排
• 第二章 TRIBON 系统及数据抽取
• 2.1 TRIBON 系统介绍
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 Tribon 建模
• 2.2 TRIBON 数据组织形式
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 产品信息模型
• 2.2.3 数据仓库
• 2.3 TRIBON 数据提取
• 2.3.1 数据提取命令
• 2.3.2 数据提取结果
• 2.3.3 数据提取方法
• 2.3.4 导出数据管理
• 2.4 本章小结
• 第三章 船舶板架结构有限元网格生成
• 3.1 有限元网格自动生成技术综述
• 3.2 有限元网格生成的基本原则
• 3.3 有限元网格质量评价
• 3.3.1 单元质量
• 3.3.2 网格质量
• 3.4 有限元网格的要求
• 3.5 四边形单元网格生成算法介绍
• 3.5.1 结构化四边形网格生成方法
• 3.5.2 非结构化四边形网格生成方法
• 3.6 数据结构简介
• 3.7 二维域约束四边形有限元网格生成算法研究
• 3.7.1 多约束四边形有限元网格生成概述
• 3.7.2 初始三角网格生成
• 3.7.3 约束四边形网格生成
• 3.8 混合网格优化及光顺算法研究
• 3.8.1 网格优化概述
• 3.8.2 相关定义及说明
• 3.8.3 混合网格质量衡量标准
• 3.8.4 拓扑优化
• 3.8.5 几何优化
• 3.8.6 实例与对比
• 3.9 本章小结
• 第四章 PATRAN FEA 模型重现
• 4.1 MSC.PATRAN 简介
• 4.2 PATRAN 进行工程分析的一般流程
• 4.3 MSC.PATRAN COMMAND LANGUAGE 简介
• 4.3.1 PCL 二次开发的功能
• 4.3.2 PCL 的语言结构
• 4.4 PCL 程序设计过程
• 4.4.1 PCL 类的结构
• 4.4.2 用户函数库
• 4.5 PCL 程序重现 FEA 模型
• 4.5.1 PCL 函数定制
• 4.5.2 Patran 界面二次开发
• 4.5.3 定制化程序自动生成 pcl 文件
• 4.6 实例验证结果
• 4.7 本章小结
• 第五章 全文总结
• 5.1 主要结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文