作者：暂无
来源：《智能制造》 2015年第5期
撰文/ 青岛远洋船员职业学院 张俊 贠亚杰
青岛武船重工有限公司 孙启哲
船舶是一种航行于水面上建筑物，需要具有良好的水动力性能，所以船舶表面应该是一种复杂的三维流线型光顺曲面。在船舶设计期间，往往用型线图等图样表示船舶外形，但当需要对船舶进行水动力性能分析或全船结构强度分析时，由于有限元软件自身不擅长复杂曲面建模，所以需要借助专业的三维建模软件对船舶表面进行建模。本文使用SolidWorks，采用不同的方法对不同船型进行了建模，建模方法对其他复杂曲面建模也有一定的参考价值。 本文主要使用SolidWorks 中放样凸台命令和ScanTo3D 插件对不同船型进行了建模，具体操作过程如下。
一、利用半宽水线图放样船体
大部分散货船和油船带有球鼻首和球尾，沿船长方形曲率变化较大，而且这类船舶多属于肥大型船，具有平底，因此适合利用半宽水线图放样船体。SolidWorks 处理复杂曲面需要较大的计算量，因此在导入型线图之前，需要对复杂的型线图（通常使用AutoCAD 绘制）进行简化，只留下必要的线条，建模时可以迅速捕捉曲线并提高建模成功率。大部分船舶都是左右对称的，因此建模时只建一半即可。具体建模操作步骤如下。 1. 新建零件，导入简化后的型线图
新建一个零件，然后单击选中xz 面（上视基准面），单击菜单栏的“插入”→“DXF/DWG”，弹出对话框后选择已经处理好的dwg 格式的型线图文件，单击“完成”按钮即可。导入的简化型线图如图1 所示。图中蓝线条上方为各曲线的名称，如500WL 表示500mm 水线。
2. 建立与上视基准面平行的基准面
半宽水线图中的各条水线实际上是船舶在不同水线面处剖线的投影，也就是说半宽水线图上的各条水线应该处于不同的高度上，类似于等高线。因此需要建立一些不同高度的基准面来放置这些线条。根据水线图上的数字建立不同高度的基准面，如要建立500WL 所在的基准面，先点击选中窗口左边模型树中的“上视基准面”，在菜单栏选择“插入”→“参考几何体”→“基准面”，设置距离为500mm，点击对号“ ”即可插入一个参考面，其他参考面采用相似方法建立。也可在建模功能区点击“参考几何体”按钮插入参考面。建好的参考面如图2 所示。
3. 将半宽水线图上的线条剪切到相应基准面上单击选中模型树中的草图1（第1 步导入的草图），弹
出快捷菜单，点击“编辑草图按钮”，草图处于编辑状态。选中一条曲线（如500WL），按键盘上的“Ctrl”+“X”键剪切， 单击窗口右上角的“ 退出草图” 按钮。单击选中第2 步新建的500WL 所在的基准面， 按键盘上的“Ctrl”+“V”键粘贴该曲线，则在基准面上自动生成一个包含该曲线的草图。图3 为剪切好的曲线。由图3 可以看出这些线条已经初步体现出一半的船舶外形了。
4. 添加放样的引导线
添加引导线可以使放样结果更加精确。在菜单栏选择“插入”→“曲线”→“通过参考点的曲线”，顺次拾取屏幕上的点，点击对号即可光顺连接为一条曲线。也可在建模功能区点击“曲线”按钮插入曲线。必要时可以生成多段曲线然后用“组合曲线”命令将多段曲线连接起来。共插入三条引导线。如图4 所示。
5. 放样船体
点击建模功能区中的“放样凸台/ 基体”按钮，弹出新窗口后，“轮廓”窗口自动处于激活状态，此时顺次点选上述处于不同基准面上的曲线（开环），然后点击“引导线”窗口，顺次点选第4 步生成的三条引导线，点击对号即可生成船体外形。由于船体首尾端曲率变化都很大，因此用这种方法建模的计算量很大，成功率不高，成功与否取决于型线图。如果型线图不合适，可以以导入的型线图为底手工描绘曲线，或者采用“边界曲面”命令生成精度稍差的船体外形（“插入”→“曲面”→“边界曲面”，依次点选曲线为方向1，引导线为方向2）。生成的船体外形如图5 所示。
二、利用横剖线图放样船体
有些小型船舶如快艇、部分三体船和双体船等没有平底，也没有球鼻首和球尾，首尾端曲率变化不大且船尾部为一平面，这类船舶适合采用横剖线图进行放样，并且成效率和生成质量都非常高。由于船舶左右对称，只需建立一半的模型。需要注意的是，在型线图上，船首半段和尾半段的横剖线分别绘制在中线的左右两侧，在AutoCAD中简化型线图时可以将其中一半镜像到另一边。下面以一高速三体船的一个单船体为例介绍具体建模步骤。
1. 新建零件，导入简化后的型线图
新建一个零件，然后单击选中yz 面（右视基准面），单击菜单栏的“插入”→“DXF/DWG”，弹出对话框后选择已经处理好的dwg 格式的型线图文件，单击“完成”按钮即可。需要注意的是，船首端是一个
尖点，因此船首处的轮廓只是一个点。导入的简化型线图如图6 所示。本例中型线图中的线条本身为分段的，因此导入后也是分段的。
2. 建立与右视基准面平行的基准面
横剖线图中的各横剖线实际上是船舶在不同站位处剖线的投影，也就是说横剖线图上的各条横剖线应该处于不同的站位上。按照第一个标题中提到的方法，根据型线图上各站的位置坐标建立基准面。建好的基准面如图7 所示。
图中基准面的视觉大小不同，而基准面理论上是一个无限大的平面，不影响正常建模。
3. 将横剖线图上的线条剪切到相应基准面上
按照第一个标题中提到的方法，依次将将横剖线图上的线条剪切到相应基准面上即可。图8 为剪切好的曲线。
三体船
4. 添加放样的引导线
按照第一个标题中提到的方法，插入三条引导线。如图9 所示。
5. 放样船体
点击建模功能区中“放样凸台/ 基体”按钮，弹出新窗口后，“轮廓”窗口自动处于激活状态，此时顺次点选上述处于不同基准面上的曲线（包括船首的那个草图—“点”），然后点击“引导线”窗口，顺次点选第4 步生成的三条引导线，点击对号即可生成船体外形。生成的船体外形如图10 所示。一般情况下船舶型线图中横剖线的数量非常多，因此生成的船体外形也比较精确。本例中横剖线为封闭的，因此生成的船体为一实体，而不是壳。放样时也可以选择生成壳。
三、点云建模
有时我们需要分析的船舶历史比较久远或属于不公开的设计，目前已经不到图样或无法从相关部门获得图样，我们可以借助船舶精度控制方面的仪器和软件得到一系列的点数据，这些点数据数量庞大，被称为点云。点云建模也可以用于其他产品的逆向工程，即从已有的产品上反向探索设计图样。点云建模需要在SolidWorks 中的工具选项中启动ScanTo3D 插件。
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