基于UG二次开发的船舶锚系优化设计与拉锚试验仿真分析
基于UG二次开发的船用螺旋桨参数化建模方法与实现_唐英
SHIP ENGINEERING 船舶工程V ol.32 No.4 2010 总第32卷，2010年第4期基于UG二次开发的船用螺旋桨参数化建模方法与实现唐英1，王志坚1，杨凯2（1．北京科技大学机械工程学院，北京 100083；2．中国电子科技集团公司第45研究所，三河 065201）摘 要：船用螺旋桨的建模方法是将二维初始型值点导入通用CAD软件，通过多步操作得出三维空间数据，完成整个造型过程.这种方法不但操作繁琐，而且效率低.在研究了船用螺旋桨参数化建模方法的基础上，采用对UG进行二次开发的方法，编制出船用螺旋桨参数化建模的功能模块.通过给定船用螺旋桨的主要几何参数，计算出初始型值点，进行坐标变换，将其从平面坐标系还原到空间真实位置.另外给出桨叶叶梢缺失部分数据的NURBS拟合补充方法，并在进行光顺处理后，最终生成船用螺旋桨的三维模型.关键词：船用螺旋桨；UG二次开发；自由曲面；参数化建模中图分类号：U664.33 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2010) 04-0052-04Parametrical Modeling Method and Implementation of MarinePropeller Based on UG SoftwareTANG Ying1, W ANG Zhi-jian1, Y ANG Kai2(1.School of Mechanical Engineering, Beijing Science and Technology University, Beijing 100083, China; 2.The 45thResearch Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Sanhe 065201, China)Abstract:Marine propeller is a type of part with free-form surface. Traditional modeling method of marine propeller needs to export the origin data into CAD software, converting the origin 2D point data to the 3D point data after several steps and then complete the modeling process. This method is time-consuming and inefficiency.With parametrical modeling technology, functional package for marine propeller modeling based on UG software is developed and introduced in the paper. In the developed package, some key structural parameters of marine propeller are inputted firstly and then the 2D point data and the 3D surface data are calculated automatically. To build the 3D model of the propeller part, firstly the coordinate transformation operation from a 2D coordinate system to a 3D reference system is needed to recover the points in its 2D drawing to their true position in 3D model. And then, point data at the tip of propeller are added with NURBS fitting method. After smoothing calculation of the surface, the 3D model of the marine propeller is completed.Key words: marine propeller; UG Software; free-form surface; parametrical modeling0 引言船用螺旋桨是典型的自由曲面类零件，一般由桨叶和桨毂两部分构成.桨毂外形通常较为简单，是近似的圆锥体或圆柱体，而桨叶形状非常复杂.除极少数情况外，桨叶形状无法用简单数学公式进行描述，而是用许多离散点的坐标值来表示，这种用来表示形状的离散点称为型值点.每个桨叶叶片的型值点通常多达数百个，有时甚至更多.从二维图纸的型值点到最终三维模型的建立，其间需经过偏移、旋转、生成曲线、生成曲面等多步操作.大量数值的计算处理工作和繁冗复杂的操作过程使船用螺旋桨建模过程不仅费时费力，且容易出现差错.鉴于目前针对船用螺旋桨设计建收稿日期：2009-10-27；修回日期：2010-01-20作者简介：唐英（1967-），女，副教授，博士后，主要从事机械制造与自动化方面的科研与教学工作. DOI:10.13788/ki.cbgc.2010.04.013模的专用软件价格昂贵且适用面窄，本文在UG的基础上进行二次开发，开发出船用螺旋桨建模的专用功能模块.目的是在充分发挥UG强大功能优势的同时，回避通用软件操作繁琐复杂的弊端，降低对使用人员的技能要求，大幅缩短建模时间，提高工作效率.1 船用螺旋桨建模参数的选取[1]船用螺旋桨的主要参数包括直径、螺距（面螺距）、盘面比、桨叶切面类型、叶数、毂径比和后倾角等，它们共同决定了船用螺旋桨的形状.直径：船用螺旋桨无前后运动的旋转时，桨叶最外端形成的圆形轨迹直径称为船用螺旋桨直径，以D 表示（R表示半径）.它是确定船用螺旋桨大小的直接参数，并且和其它参数一起，决定船用螺旋桨的形状.螺距：船用螺旋桨桨叶叶面通常是螺旋面的一部分.如果叶面是等螺距螺旋面的一部分，则称为等螺距船用螺旋桨，反之称为变螺距船用螺旋桨.AU型船用螺旋桨是等螺距螺旋桨，螺距以P表示.盘面比：盘面比也是描述船用螺旋桨形状的一个重要参数，以a E表示.盘面比的大小实质上表示桨叶宽窄程度.在相同叶数下，盘面比越大，桨叶越宽.桨叶切面：与船用螺旋桨轮毂共轴的圆柱面与桨叶相截所得的截面称为螺旋桨叶切面，简称叶切面，它决定了船用螺旋桨叶片的局部形状，一般都是将其从圆柱面展为平面后给出轮廓尺寸.不同类型的船用螺旋桨，其叶切面轮廓有所不同.对于AU系列船用螺旋桨主要分AU、MAU、AU W、MAU W四种类型.叶数：普通船用螺旋桨常为3~6个叶片.一般情况下，各个桨叶形状完全相同且沿圆周方向等间距分布.以Z表示，则每两个相邻叶片之间间隔弧度均为2π/Z.毂径比：轮毂直径和船用螺旋桨直径的比值称为毂径比，以d h/D表示.AU型船用螺旋桨的毂径比一般取0.18，即d h = 0.18D.后倾角：后倾角目的在于增大桨叶与船体的间隙，以减小船用螺旋桨诱导的船体振动，以ε表示.后倾角不能取得过大，通常小于15°，本文计算时取ε=10°.因此，可以选取直径、螺距、盘面比、叶数、桨叶切面类型这几个重要参数，作为船用螺旋桨参数化建模中允许用户给定的参数.2 建模流程图1为船用螺旋桨三维建模的流程图.通过选取和输入船用螺旋桨的主要参数，即船用螺旋桨类型（包括叶数和桨叶切面类型）、直径、螺距和盘面比的数据，程序在后台自动进行数据的计算和处理，最终生成船用螺旋桨的三维模型.图1 船用螺旋桨三维建模流程2.1 二维型值点的计算选取和输入船用螺旋桨的主要参数后，利用螺旋桨要素表、桨叶轮廓尺寸表和叶切面尺寸表[1]，即可计算出母线到叶片随边的距离、母线到叶片导边的距离、叶片宽度、叶片厚度、导边至最厚点的距离及各个叶切面型值点的二维坐标值，这些数据就是传统二维图纸中给出的数据信息.2.2 型值点的坐标转换二维型值点是不可以直接用于三维建模的，因为它们都是在局部平面坐标系内的数值.因此，首先需要将各半径处的叶切面二维平面型值点还原到对应的三维空间坐标系中，就是将各切面对应“缠绕”到与桨毂共轴线的圆柱面上去.对于船用螺旋桨型值点从平面局部坐标系到空间全局坐标系的坐标变换公式，张宏伟等给出了详细推导过程[2]，这里简述该数学模型的建立方法并直接引用其推导结果.如图2所示，R i为某一叶切面对应半径，OH为基线，φ为螺距角，θ为纵斜角，因为通常情况下桨叶都向后倾斜，所以此处的纵斜角就是基本参数中的后倾角.坐标系OXYZ是全局坐标系，OXY平面与轮毂平面平行.O1X1Y1Z1坐标系与OXYZ平行，O1点为基线与圆柱面的交点.坐标系O2X2Y2Z2中，O2点为螺旋线与叶切面的切点，O2Z2轴经过叶切面厚度处.O2UVW坐标系的规定如图2中所示（U轴垂直于纸面，故在图中未标出），该坐标系可以通过旋转与O2X2Y2Z2坐标系重合.M 为叶切面轮廓上任意一点，A 点为O 1在圆柱底面的投影点，B 点为M 在圆柱底面的投影点.图2(b)为圆柱面展开而成的平面，其中M 1、A 1、B 1分别与图2(a)中的M 、A 、B 点相对应.Ψ为图2(a)中AB 所夹劣弧对应的圆心角，劣弧AB 的长度与图2(b)中线段A 1B 1的长度相等.图2 船用螺旋桨坐标变换原理图式（1）~式（3）为根据图2中几何模型推导出的坐标变换公式，可以将桨叶型值点由平面局部坐标转换成为空间全局坐标.式中L 为导边至最厚处的长度，即线段O 1O 2的长度.通过带入相关数据进行计算，即可完成坐标转换过程，得到各切面处型值点的三维空间坐标.()22cos cos sin cos i i X R Y Z L R φφφ=−+⎡⎤⎣⎦（1）()22sin cos sin cos i i Y R Y Z L R φφφ=−+⎡⎤⎣⎦（2）22sin cos sin tan i Z Y Z L R φφφθ=++− （3） 2.3 叶顶叶根型值点的计算对于AU 系列船用螺旋桨来说，二维图纸中的叶切面尺寸表包括从0.2R ~0.95R 共9个切面的数据，通过计算得到的三维型值点缺少0.95R 以上的叶稍部分数据和0.2R 以下至轮毂处的数据，故不能生成完整的桨叶曲面.这两部分缺失的型值点可用下述方法计算得出：将各叶切面叶面部分的两个端点数据提取出来，加上一个叶梢尖点坐标数据，采用NURBS 样条将这些点拟合成一条空间曲线[3]，进而对该条曲线0.95R 至叶梢的曲线段离散成若干型值点，以此作为叶面叶梢部分的型值点；对于0.2R 以下至轮毂缺失的叶面部分，可添加一定半径的圆弧数据点，以实现叶面根部与轮毂间的平滑过渡，这样做符合加工图纸中的实际要求.叶背曲面的情况和叶面曲面处理方法完全相同.这样就有了决定桨叶表面形状的所有空间型值点. 2.4 桨叶的光顺从几何造型的角度来说，计算出所有的空间型值点，就可以得到满足造型所需的全部数据信息.但是，从船用螺旋桨设计和加工的实际要求出发，造型结果必须满足对工件表面光滑程度的要求，因此，允许在一定范围内对其表面进行光顺处理.光顺后生成的曲面会与光顺前的空间型值点产生偏离，必须对其偏离程度进行检验以确保精度.2.5 生成三维模型分别拟合出叶面和叶背曲面之后，将叶片进行缝合、填充，再生成一个轮毂.然后通过圆周阵列的方法，围绕轮毂生成数个完全相同的桨叶.通过上述五个环节，就基本完成了船用螺旋桨的参数化造型工作.当然，还可以根据实际需要，对叶面与叶背曲面交界处进行圆角处理，构造其它细节特征.3 二次开发功能模块设计本文在UG 基础上进行二次开发定制专用功能模块.UG 作为大型通用CAD/CAE/CAM 集成化软件之一，目前广泛应用于各个行业中[4].UG 不是针对特定产品开发出的专用软件，因此难以很好地应对船用螺旋桨造型方面的工作需求，从而导致建模过程操作繁冗复杂，效率低下.如果以UG 软件为平台开发出专用模块，则可在很短的时间内完成建模工作.本文设计的功能模块用户界面如图3所示.该对话框通过UG/Open UIStyler 创建.图3 船用螺旋桨建模功能模块界面在用户界面首先选择船用螺旋桨类型，再输入螺旋桨直径、螺距、盘面比这些参数，单击“生成单个叶片型值点”按钮，程序就会自动调用对应的UG/Open API 函数，通过后台计算，生成所有二维和三维型值点数值.与此同时，程序后台会将数据保存至本地磁盘，用户可以根据需要，对指定目录下存放的数据文件进行修改.经核对无误后，单击“生成螺旋桨立体模型”按钮，程序会自动读取本地磁盘内的数据文件，Z YX O Z 2Z 1 X 1Y 1 X 2Y 2O 2 O 1 R 1 Z 2 Y 2Y 1Z 1 O 1 O 2M 1A 1 B 1V W A H B M (a)(b) Ψ θ φ完成三维模型的创建工作.图4中示意了桨叶叶面的构造过程，它包括三维型值点的生成、各切面型值点曲线的产生、叶顶曲线的补充以及光顺后的曲面生成几个部分.如2.4节中所述，为了保证最终生成的表面满足精度要求，需要对光顺后的曲面进行误差分析.将光顺前的三维型值点与光顺后生成的曲面导入Imageware 软件，该软件会计算出各型值点到曲面的距离，以各点距离中的最大值，作为误差进行精度评估.图5中显示的桨叶所属船用螺旋桨直径为4.74m ，根据比较结果可看出，光顺后生成的曲面与光顺前三维型值点的偏离值分布在4.8×10-4mm 到-5.26×10-4mm 之间.一般认为，造型精度应该比加工精度至少高一个数量级，参考国标中船用螺旋桨的加工精度要求[5]，对于直径为4.74m 的船用螺旋桨来说，由于光顺产生10-4mm 数量级的偏离误差完全能够满足造型精度的要求.图4 桨叶叶面的生成过程图5 Imageware 中显示的比较结果图6为在选择不同参数下分别生成的船用螺旋桨三维模型，这里轮毂部分用一个空心圆锥体来表示.实际上也可以根据需要，将轮毂设计成其它形式.图6 不同参数时生成的船用螺旋桨建模过程中用到的UG 主要函数及功能如下：UF_STYLER_ask_value ( )：获取用户界面中输入的参数值；UF_CURVE_create_point ( )：根据坐标值在UG 中生成点；UF_MODL_create_fitted_spline ( )：通过型值点拟合样条曲线；UF_CURVE_smooth_spline_data ( )：光顺样条曲线；UF_MODL_create_thru_curves ( )：依次通过曲线串生成曲面.4 结论本文通过详细介绍船用螺旋桨的几何参数和建模流程，系统阐述了船用螺旋桨的参数化建模方法，主要步骤包括二维型值点的计算、型值点的坐标转换、叶顶叶根型值点的计算和桨叶的光顺，最终生成三维模型.并在UG 软件基础上，开发出专用的参数化造型功能模块.只需在用户界面上选择和输入相关参数信息，就可以快速生成船用螺旋桨的三维模型，经检验其精度远高于加工要求.该模块操作简单，功能实用，大大提高了船用螺旋桨的建模效率.参考文献：[1] 盛振邦, 刘应中. 船舶原理[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 2004.[2] 张宏伟, 王树新, 侯巍, 等. 螺旋桨三维建模方法研究[J]. 机床与液压, 2006(5): 60-62.[3] 施法中. 计算机辅助几何设计与非均匀有理B 样条[M].北京: 高等教育出版社, 2001.[4] 侯永涛, 丁向阳. UG/Open 二次开发与实例精解[M]. 北京: 化学工业出版社, 2007.[5] GB 12916-91. 船用金属螺旋桨技术条件[S]. 北京: 中国标准出版社, 1992.类型：MAU4-40 直径：4m 螺距：3m 盘面比：0.4 类型：MAU5-80 直径：4m 螺距：4m盘面比：0.8类型：MAU6-55直径：4m 螺距：4m 盘面比：0.55 (a)各叶切面 空间型值点(b) 各叶切面型值点连成的曲线 (c) 补充缺失部分后所有叶切面曲线(d) 生成的叶面曲面（带光顺）。
基于2种软件的海锚设计与数控加工
基于2种软件的海锚设计与数控加工随着海洋经济的快速发展，海洋工程作为其重要组成部分，得到了越来越多的重视和投入。
而设计和制造海洋工程中的海锚，对于保证海洋工程的稳定性和安全性至关重要。
在海锚的设计和加工过程中，涉及到较多的数学计算和复杂的几何结构，而现代的软件技术可以有效地帮助设计师和加工人员提高效率和质量。
本文将介绍基于两种软件的海锚设计与数控加工。
首先，使用Solidworks软件进行海锚的三维建模和设计。
Solidworks是一种广泛应用的三维CAD软件，它可以帮助设计师实现海锚三维模型的准确和规范化。
在设计时，首先需要进行参数化设计，根据海锚的使用条件和要求，确定各项参数，如锚的重量、体积、受力情况等。
然后，在Solidworks中进行建模，在进行建模过程中，要注意锚的各个部分的结构和连接方式，保证其具有良好的力学性能和稳定性。
同时，还需要进行物理仿真，对锚的受力情况进行模拟和分析，通过对仿真结果的观察和分析，不断优化设计，确保锚体结构的合理性和安全性。
接下来，使用MasterCAM软件进行海锚的数控加工。
MasterCAM是一种数控加工软件，它可以快速地将设计好的模型转化成数控程序，并控制机器按照程序进行加工，具有高效、精度高、灵活等优点。
在进行数控加工前，需要将Solidworks中设计好的模型导入到MasterCAM软件中，并进行刀具路径规划和G代码生成。
在刀具路径规划中，需要考虑锚的复杂结构和形状，尽可能减小加工误差，提高加工精度。
同时还要注意锚表面的粗糙度和光洁度，保证锚达到一定的表面质量。
在G代码的生成中，需要进行数控文件调试和机器参数设置，确保机器可以按照程序进行加工，实现高效、准确的加工过程。
最终，通过数控机器的加工，可以得到形态准确、质量良好的海锚。
综上，使用Solidworks和MasterCAM软件，可以较好地完成海锚的设计和加工。
设计时，Solidworks软件可以帮助设计师准确、规范地进行三维建模，物理仿真等步骤，实现锚的结构和受力性能的优化。
船舶锚系三维建模及拉锚试验的仿真分析
（1）
ψ i =0（……m）
（2）
式（1） 、 （2）中：U --动能； q j --描述系统的广义坐标； ψ i --描述系统的约束方程； F j 在广义坐标方向的广义力； i ---m×1 的拉格朗日乘子列阵。 运动仿真过程就是不断求解上述方程的过程， UG 中嵌入的 ADAMS 求解器中提供了两 种线性代数方程求解方法：CALAHAN 方法与 HARWELL 方法，CALAHAN 方法不能处理 冗余约束问题，HARWELL 方法可以处理冗余约束问题，CALAHAN 方法速度较快。对于 非线性代数方程，则采用修正的Ｎewton-Raphson 迭代算法进行求解。对式（1） 、 （2）可采用 降阶的方式进行求解此微分方程组。 2 锚系运动仿真试验流程 锚系运动仿真主要目的为： 一是检测起锚后锚在上升过程中是否和船体碰撞， 我们称之
基于虚拟样机技术的 VLCC 锚系运动仿真试验技术的研究
联系人地址： 刘志强 江苏科技大学机械与动力工程学院（江苏省镇江市梦溪路 2 号，212003） E-mail: liuecsi@ 研究方向：船舶辅机设计及制造装备、船舶企业信息化技术研究与应用
摘要：本文运用 UG 实现了 290000 吨 VLCC 锚系三维模型的虚拟设计和虚拟装配，并 利用 UG 的 motion 模块对锚系起锚运动和锚-锚唇贴合状态进行了计算机仿真试验研究。实 践表明， 此项技术可以代替制作木模进行模拟拉锚确定设计方案的方法， 提前预示实际安装 时贴合不合理的情况出现，具有节省成本、减少工期、便于修改设计的优点，是值得在船舶 行业推广使用的技术。 关键词：虚拟样机；起锚运动仿真；木模试验 Study on the Anchor Motion Simulation of VLCC Based on Virtual Prototype LI chunjin, LIU Zhiqiang, WANG Mingqiang, QIU x计是否合理，锚在收紧后能否很好地与锚唇贴合，以避 免船舶运动过程中产生晃动及碰撞，我们称之为锚唇贴合仿真检测。
船舶拉锚试验仿真系统研究
船舶拉锚试验仿真系统研究陈宁;吴尚华【摘要】Based on hawse pipe design in ship construction in physical state of tensile anchor under test ,by tak-ing a 49 000 DWT product carrier as the research object , the tensile anchor experiment simulation is carried out , the science and feasibility of the simulation system is verified .The Solid Works software is used in the simulation system to implement the general method from design , modeling to simulation of the ship anchor , anchor chain , and the other standard parts .We established a database model , imported the ship stem model , and then assem-bled, added constraints and force , and simulated the tensile anchor test .%针对船舶建造中的锚链筒设计物理状态下的拉锚试验，以某49000 DWT成品油轮为研究对象，对其进行拉锚试验仿真，验证仿真系统的科学性和可行性。
该仿真系统运用Solid Works软件实现从设计、建模到仿真的一般方法，对船舶锚以及锚链等标准件建立数据库模型，导入或者建立船艏模型，然后装配，添加约束力，进行拉锚试验仿真。
浅谈锚系布置设计
浅谈锚系布置设计摘要锚系系统是船舶上重要系统之一，掌握锚系布置设计方法对于船舶设计者来说至关重要。
本文主要介绍锚系布置、锚系布置设计内容、设计程序和设计注意要点，希望本文能为其他设计人员提供参考。
关键词锚系系统锚系布置设计1锚设备简介1.1 用途、种类:锚泊又称抛锚系留，是船舶的一种停泊方式。
锚设备按使用要求主要有三种：临时锚泊设备、定位锚泊设备（起重、打捞、潜水作业、挖泥、钻井）、深海系留锚泊设备（海调、海测量）。
本篇主要介绍的临时锚泊设备，即通常提到的艏部航行锚设备。
1.2主要组成部分:锚系通常由下列主要部分组成：锚、锚链、锚链筒、锚唇（或锚穴、锚架）、掣锚器、掣链器、导链滚轮、起锚机械、锚链管、锚链舱和弃锚器等。
2锚系布置艏部锚通常采用无杆转爪锚和有档电焊锚链。
中小型船舶一般设置双链轮卧式锚机。
大型船舶，尤其艏部甲板较宽的船舶配置单侧式（单链轮）卧式锚机较为合适。
艏部甲板面积很小或因某些原因不适合卧式锚机采用立式绞盘。
典型锚设备布置：双链轮卧式锚机单侧式锚机双绞盘起锚设备布置3锚系布置设计步骤3.1按船级社规范进行舾装数计算:N=+2Bh+A/10△：夏季载重水线下的型排水量B：型宽H：夏季载重水线到最上层舱室顶部的有效高度A：船长L范围内夏季载重水线以上船体部分和上层建筑及各层宽度>B/4的甲板室侧投影面积总和；按N值从表中选取锚的质量和数量及锚链的规格和长度，结合规格书要求进行实配。
3.1.1 船用锚霍尔锚（GB/T546-97）斯贝克锚（GB/T711-95）AC-14锚（大抓力）波尔锚（大抓力）3.1.2锚链3.1.2.1 分类：有档、无档。
3.1.2.2 材料：AM1、 AM2、AM3、 AM4共四级锚链钢。
3.1.2.3 长度选取: 按船级社规范配置的锚链长度均为27.5的整数倍。
因此，锚链配套时，除中间链节通常长度为27. 5米外，末端链节、锚端链节长度最好也为27.5米。
80300DWT散货船锚链筒及凸台的放样及各开口的定位
链 筒 的轮 廓及 凸台轮 廓 ， 接量 取所 需 尺寸 即可 。 直 对 于 Ｃ Ｃ剖面 ，其 为锚链 筒 中心线 与 １ ６ － ～ ， １～ １ ０ ６的交点 ，但 此 时注 意 的是 ：
出外板 部 分有 足够 强度 ， 了 ８块 肘板 ， 加 同时为使 凸 台能与 外板 贴合 ， 需放样 出这 ４各剖 面 的线 型 ， 既而 准确 放样 加 工 出凸 台的尺 寸 、肘板 尺 寸 。
图 ４所 示 ，Ａ Ａ剖面 即 为 １ — ０轮廓 线 ，作 出锚
ＰＣＩ Ｄ ， Ｅ Ｅ
１ ￣１ ，间距 ５ ０ ｍ（ ２ 。从而其 与各水线有一 ０ ６ ０ｍ 图 ） 系列交 点 ，量取相应数 值 ，作 出 １ ，１ ￣ １ ～６ ０ ６的 外板 轮廓 图 。
上 甲板 到艏楼 甲板 ：２ ４ ．０ｍ
艏楼 甲板 （ 中 ７ １ ） ：０ １ ｌ 距 ．ｍ折 ． ５Ｉ ｌ 上 甲板梁拱 （ 中 ６ ） ． ６ ｍ 距 ｍ ：０ ５ １
因此 利用 计算机 对这 一过程 进行 仿真 。 运动 仿真 主要 由两部 分组成 ：一 是检测起 锚 后锚 在上升 过程 中是 否和船 体碰撞 ，我 们称之 为 起 锚仿 真检测 ；二是检 测锚唇 的 设计是 否合理 ，
样及 各开 口的定位 ， 司技术 开发 部使 用 ｕ 公 Ｇ的二
引语
福建冠 海造 船 工业 有限 公司建 造福 建省 迄今 最大 的 ８ ３ ０吨级散货船 ，由于该船尺度较大 ， ００ 分 段重量较 重 ， 公司用 于建造 该船 的最大起 吊能力为 ３ ０吨 ， ０ 为方便安装及 锚链筒 、 台安装 的准确 性， 凸 将原来 的首楼 及上 甲板分段 重组， 以上锚链筒和 凸 台在分段上 安装 完成 ，减少工作 量及误差 。 针对 ８ ３ ０ Ｗ 散货船 的锚 链筒及 凸 台的放 ００Ｄ Ｔ
基于UG的船舶锚系三维建库研究
基于UG的船舶锚系三维建库研究
李学军;邱小虎;朱永梅;王明强
【期刊名称】《江苏船舶》
【年(卷),期】2005(022)001
【摘要】深入研究并实现了运用UG的二次开发工具UFUN建立标准件库的技术,提出了利用微软基本类库(MFC)实现UG对话框界面与后台数据库通信的方法,最后以船舶锚系为对象,实现锚系参数的选型计算及锚、锚链、锚唇的三维全参数化建模.
【总页数】3页(P30-31,33)
【作者】李学军;邱小虎;朱永梅;王明强
【作者单位】渤海船舶重工有限责任公司;江苏科技大学机械与动力工程学院;江苏科技大学机械与动力工程学院;江苏科技大学机械与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U443.8
【相关文献】
1.无锚台或锚穴的船舶锚系设计及应用研究 [J], 蒋江;郭学峰
2.船舶锚系三维放样设计与拉锚虚拟实验分析 [J], 苏延浩;刘志强;王晓;刘少朋
3.基于UG的船舶锚系三维建库研究 [J], 朱永梅;王明强;刘志强
4.船舶锚系三维交互设计技术研究 [J], 赵振华; 袁帅; 刘志强
5.船舶锚系三维建模及拉锚试验的仿真分析 [J], 刘贵杰;王猛;张兰昌;陈文平;董志强
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基于UG二次开发的参数化建模方法在优化设计中的应用
行器的结构和气动外形的设计方面，设计人员常常通过结构 有限元和计算流体力学（ＣＦＤ）等数值仿真方法进行分析。以 获得精确可信的结果，进而对设计方案进行优化。
建立分析对象的几何模型，是进行结构有限元和气动
收稿日期：２００９－１０－２６ 基金项目：国防基础科研基金项目（Ｂ２２２００６０６０） 作者简介：梅小宁，博士研究生，研究方向为飞行器多学科设计优化，电子信箱：ｉｃｅ－ｍｅｔｅｏｒ＠１６３．ｃｏｒｎ；杨树兴（通信作者，中国科协所属全国学会个人会
工程优化设计具有可行性和有效性。通过迸一步开发，它还可以作为一个参数化建模模块用于ＣＡＥ系统或多学科设计优化体系。
关■词优化；参数化建模；ＵＧ／Ｏｐｅｎ ＡＰｌ；二次开发
中圈分类号ＴＰ３９１．７
文ｔ标识码Ａ
文章■号１０００—７８５７（２０１０）０３－００２９—０４
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ
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图３悬臂梁结构及其参数定义 Ｆｉｇ．３ Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
图２ ＰＭＵＰ—ＵＧ在配置模式下的对话框 Ｆｉｇ．２ Ｄｉａｌｏｇｕｅ ｂｏｘ ｏｆ ＰＭＵＰ－ＵＧ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＵＧ ｉｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ
ＭＥＩ Ｘｉａｏｎｉｎｇ，ＹＡＮＧ Ｓｈｕｘｉｎｇ
Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅ西讲聊ｅ，１；，皤Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１，Ｃｈｉｎａ
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基于UG二次开发的船舶锚系优化设计与拉锚试验仿真分析
发表时间：2006-8-29 刘志强王明强邱小虎
深入研究并运用UG的二次开发工具和VC（微软基本类库MFC）结合建立船舶锚系标准件库,利用MFC实现UG对话框界面与后台数据库通信的方法,实现锚系参数的选型计算及锚、锚链、锚唇的三维全参数化建模. 最后在锚唇、锚和锚链等三维图形建立装配好的基础上，通过锚系的拉锚过程和贴合仿真对锚唇进行优化设计。
1 前言
锚系统亦称锚设备，是船舶在海上抛锚停泊时所用的装置和机械的总称。
它是由锚、锚索、掣动和固定装置、锚链筒、锚机、锚唇等组成的一个系统。
其性能和特性是由其在船上的布置，锚得数量和重量及锚索的长度和直径，以及锚机的型式，锚链筒的结构所决定的。
锚系设计的合理性对船舶航行的安全性很重要，因此整个设计和生产过程中船东和船级社都要全程监督。
现在的造船企业很大的程度上还是依靠设计人员的经验，根据不同的船型设计锚链筒及锚唇的尺寸与形状，然后根据设计方案制造木模，根据木模拉锚试验的结果对锚链筒和锚唇的位置和形状进行修正，直到达到理想的效果。
每次调整设计结果后，都必须重新制造木模，整个过程浪费了大量的人力、物力和时间。
究其原因，主要有以下几点：
∙锚唇形状特殊，整个外形以自由曲面为主，在参数化造型上具有较大的难度。
∙对不同的船型，有不同的锚唇设计方案。
采用不同的锚，也有不同的锚唇设计方案。
∙即使是同一条船，也可能有多个锚唇设计方案。
如何解决整个锚系统的优化选型设计及锚唇的结构优化设计是各船舶企业面临的紧迫问题。
Unigraphics（UG16、18、NX1.0）软件在提供了强大辅助设计和分析以及加工仿真等强大功能的同时，还提供了UG OPEN/Grip和UFUN(User Function)等二次开发工具。
针对当前船舶生产和设计实际中存在问题，利用UG为开发平台，通过提供的二次开发工具，开发了锚系标准件参数化图库模块和锚系非标件参数化辅助设计模块，并在此基础上对拉锚试验仿真进行了深入研究开发了M-CAD/CAE系统。
M－CAD／CAE系统主要研究内容如下：
∙完成部分拉锚模拟试验，进行实验数据的收集、整理、分析，建立试验数据库。
∙结合工厂常用的锚、锚链、锚机的型号，兼顾船级社和国家行业标准建立锚、锚链、锚机的参数库。
∙与UG系统连接完成锚、锚链的参数化三维建模。
∙利用UG参数化设计完成锚链筒的结构尺寸和布置设计，并完成三维造型。
∙开发基于UG的锚链舱的设计和造型分系统。
∙利用已有模拟试验数据，分析计算设计所得锚设备的仿真试验结果。
∙开发锚运动干涉检查模块，模拟锚的运动过程，检查锚与船体干涉情况及锚与锚唇（或锚穴）吻合情况。
M-CAD/CAE系统流程如图1：
本文就M-CAD/CAE系统研究的重点问题进行探讨，重点讨论在锚唇、锚和锚链等三维图形建立并装配好的基础上，通过锚系的拉锚过程和贴合仿真对锚唇进行优化设计。
该研究在实际应用中有利于设计人员对锚系零件的设计、修改、查询和装配图的零件调用，减轻了设计人员的工作强度，提高了设计效率。
2 基于UG二次开发锚系标准件参数化图库
2.1 基于UG二次开发标准件图库的建库思想和方法
2.1.1 标准件图库的建库思想
锚系标准件主要包括锚，锚链等。
有关锚，锚链的参数信息量大，用数据库来管理和查询可以提高设计效率。
现在锚制造企业很多，尽管对锚的设计及制造已制定了很多规范和标准，但在实际情况中，在国家及行业许可范围内，各个厂家制造的锚在形状、尺寸上还存在着较大的差异，甚至在拓扑结构上也有不一致的地方。
因此，我们有必要根据各配套厂家提供的实际数据进行三维建模，以避免后期在运动仿真过程中发生与实际不相符的情况。
随着产品标准化实。