面向磁场有限元分析的舰船几何建模技术研究

论文摘要

磁场的分析与计算是舰船消磁系统设计、乃至舰船设计中非常重要的技术组成部分。近年来,随着计算机仿真技术的发展,有限元法在舰船磁场的分析计算中应用地越来越广泛。舰船磁场的有限元建模效率取决于几何建模的效率,但是,通用的几何建模软件具有建模效率低、所建的实体模型计算速度慢以及与磁场有限元计算软件的兼容性差等缺点。因此,为了提高舰船有限元建模与分析的效率,降低舰船磁场分析计算的成本,缩短开发周期,迫切需要一种适用于磁场有限元分析的舰船几何建模系统。本文选择面向磁场有限元分析的舰船几何建模技术作为主要研究内容。在现有船舶CAD研究成果的基础上,结合国内外相关技术研究现状,对船壳三维自动建模算法和船舶模型实体的干涉检测与重构技术进行了系统的分析和研究。并基于AutoCAD和SolidWorks软件的二次开发技术,采用模块化和参数化方法,开发了相应的舰船几何建模软件系统。最后以工程实例的形式验证了本建模方法和系统的有效性和正确性,在理论和实践上具有一定的价值。本文完成的主要工作有:(1)采用模块化建模思想,通过研究船舶结构零件,完成了舰船结构模块和功能模块的划分。(2)对基于型线图的船舶三维自动建模技术的算法进行了研究,通过系统自动识别型线图,实现了船壳三维自动建模。(3)结合干涉检测、三角剖分等算法的研究现状,实现了模型实体的干涉检测与重构技术。(4)完成了船体主要结构件的参数化零件库的开发。(5)开发了面向磁场有限元分析的舰船几何建模系统,并通过工程应用实例论证了本文提出的方法和系统的有效性。通过本文的研究和系统的应用,显著地提高了舰船磁场有限元建模与分析的效率,缩短了开发周期80%左右,所建模型的有限元计算结果与实船测量值比较表明,两者吻合很好,为舰船消磁系统设计提供了理论依据和数值参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 舰船磁场的产生机理
• 1.1.2 舰船消磁技术
• 1.1.3 舰船磁场研究的常用方法
• 1.2 问题来源与关键技术分析
• 1.2.1 舰船磁场有限元分析现状与问题
• 1.2.2 舰船几何建模关键技术分析
• 1.3 国内外研究现状概述
• 1.4 本文的研究意义与内容
• 1.4.1 本文的研究意义
• 1.4.2 本文的研究内容
• 第二章 舰船几何建模系统模块化技术
• 2.1 模块化技术概述
• 2.1.1 模块
• 2.1.2 模块化
• 2.1.3 模块化设计
• 2.2 舰船几何建模系统模块化技术
• 2.2.1 总体设计
• 2.2.2 结构模块划分
• 2.2.3 功能模块划分
• 2.2.4 模块组合
• 2.3 关键功能模块解析
• 2.3.1 船壳建模模块
• 2.3.2 肋骨轮廓生成模块
• 2.3.3 干涉重构模块
• 2.3.4 数据处理模块
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于型线图的船壳三维自动建模技术
• 3.1 概述
• 3.2 算法思想
• 3.2.1 船壳型线图的识别
• 3.2.2 算法思想
• 3.3 基本流程
• 3.3.1 预处理
• 3.3.2 计算数据
• 3.3.3 数据处理
• 3.3.4 船壳三维建模
• 3.4 系统实现及模型验证
• 3.4.1 系统实现
• 3.4.2 实现步骤
• 3.4.3 模型验证
• 3.5 本章小结
• 第四章 模型实体的干涉检测与重构技术
• 4.1 问题描述
• 4.2 技术方案
• 4.2.1 基本思想
• 4.2.2 算法步骤
• 4.3 算法研究
• 4.3.1 基于SolidWorks 的模型实体几何信息检索算法
• 4.3.2 多边形三角剖分算法
• 4.3.3 基于矢量的三角面干涉检测与求交算法
• 4.3.4 求交后三角面重新剖分方法
• 4.4 算法实现流程
• 4.5 实例验证
• 4.6 本章小结
• 第五章 舰船主要结构件参数化零件库开发
• 5.1 参数化技术概述
• 5.1.1 参数化技术
• 5.1.2 基于参数化的特征造型
• 5.2 参数化零件库开发基本流程
• 5.2.1 参数设计
• 5.2.2 用户界面设计
• 5.2.3 零件数据模型的生成
• 5.2.4 零件几何模型的生成
• 5.3 舰船主要结构件参数化零件库开发
• 5.3.1 肋骨
• 5.3.2 横纵梁
• 5.3.3 减摇鳍及其连接件
• 5.3.4 其它结构件的零件库开发
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统软件实现及模型验证
• 6.1 系统采用的主要软件及其关键技术
• 6.1.1 AutoCAD 及其二次开发技术
• 6.1.2 SolidWorks 及其二次开发技术
• 6.2 舰船几何建模系统总体设计
• 6.2.1 舰船几何建模系统的功能设计
• 6.2.2 舰船几何建模系统的总体结构
• 6.2.3 舰船几何建模系统中工程数据库的设计
• 6.3 系统实现
• 6.3.1 系统实现（AutoCAD 部分）
• 6.3.2 系统实现（SolidWorks 部分）
• 6.3.3 系统集成
• 6.4 模型验证
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 本文的贡献与创新点
• 7.3 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间申请的专利