蔣波濤 范福河

（廣船國際技術(shù)中心）

0 前言

目前我廠有限元分析工作，因沒有直接將TRIBON數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可導(dǎo)入PATRAN的接口軟件，還處在使用PATRAN人工建模的階段。某船計劃進行平臺線下水過駁強度有限元評估技術(shù)儲備，需要建立全船PATRAN有限元模型，其重量重心分布必須與實船重量重心分布基本一致，PATRAN有限元建模工作量非常大，并且建模者還需要有非常熟練的PATRAN建模技巧。本文針對此船的PATRAN有限元合作建模應(yīng)用情況進行介紹。

1 背景介紹

民船平行中體部分長，貨艙區(qū)結(jié)構(gòu)比較規(guī)則。本船作為特種船，基本沒有平行中體，具有結(jié)構(gòu)型式非常復(fù)雜、脊弧和梁拱甲板層數(shù)多、雙殼曲面板、艙室結(jié)構(gòu)多等特點。因大遠5萬噸曾經(jīng)做過平臺線過駁強度的有限元分析評估，可將其大致TRIBON數(shù)據(jù)量與本船的TRIBON數(shù)據(jù)量作對比，詳見表1。

從表1可看出本船的TRIBON數(shù)據(jù)量是大遠5萬噸的2倍以上，因此本船的有限元建模工作量，比相近噸位民船的有限元建模要大很多。單人開展本船的PATRAN有限元建模工作會導(dǎo)致工作周期拉得太長，必須把整船的模型劃分為多個部分，開展多人PATRAN有限元合作建模，縮短建模周期。合作建模把一個人的工作量分給多個人合作完成，有效地縮短了時間周期。

2 合作建模規(guī)則建立

合作建模由多人各自完成所屬的模型部分，最后由一人合并模型。若每個人的建模的標準不一，會導(dǎo)致后期合并時產(chǎn)生混亂。為了使模型能夠較好的合并，在建模前需為建模者建立統(tǒng)一規(guī)則。

2.1 統(tǒng)一坐標系

按照TRIBON模型建立坐標系，同時要求X=0與TRIBON中的APP的0值對應(yīng)，Z=0值與TRIBON中的BL的0值對應(yīng)。圖1為TRIBON中APP的0值位置示意圖。距離單位統(tǒng)一為mm。

圖1 APP0值示意圖

2.2 網(wǎng)格大小劃分要求

橫向和縱向分別以肋骨間距、縱骨間距為網(wǎng)格劃分依據(jù)，高度方向需要根據(jù)甲板層高綜合考慮，單個網(wǎng)格的長寬比不超過3倍。

2.3 模型的Group分組劃分

模型的Group分組劃分是模型建立的前提，簡單易懂的命名規(guī)則有助于建模者合理劃分模型和快速找到對應(yīng)的位置。Group命名規(guī)則可參照船體要素圖，參見表2。

2.4 材料屬性Materials

為了方便后期PATRAN有限元模型重量重心的調(diào)整，模擬有限元模型的重量重心與實船一致，在Materials模塊中需要對以上Group分組做出相對應(yīng)的材料屬性分組：甲板、外板、內(nèi)殼的分組參照表2，所有骨材統(tǒng)一用stiffeners表示，壁板用bulkheads表示。

2.5 單元屬性Properties

單元屬性也需要制定統(tǒng)一的命名規(guī)則。骨材Beam命名方式：代號+規(guī)格+朝向。骨材Beam中球扁鋼用BP代號表示，扁鋼用FB代號表示，朝向代號參見表3。板Shell命名方式：P+厚度，甲板的板Shell單獨建組。

表1 型船TRIBON數(shù)據(jù)量預(yù)估對照表

圖5 調(diào)整數(shù)據(jù)比例

表2 Group的命名規(guī)則

表3 骨材朝向的字母代號

3 TRIBON數(shù)據(jù)統(tǒng)一導(dǎo)入方法

本船的型線變化較大，為了使外板、內(nèi)殼以及曲面甲板盡量擬合實際曲面，PATRAN有限元建模需利用TRIBON中曲面模型的數(shù)據(jù)。曲面模型的數(shù)據(jù)來源于TRIBON中的Surface和Lines模塊。若Lines在建立船體外形時，其橫剖線剛好與型船肋位線重合時，可將其直接導(dǎo)出作為PATRAN建模的外形參考線條，否則需從Surface模塊根據(jù)肋位值切出曲面上的肋位線，再轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)導(dǎo)入PATRAN。

3.1 Lines模塊導(dǎo)入方法

當Lines的線條剛好與型船肋位線一致，在Lines模塊中將坐標單位調(diào)整為mm，然后按圖2導(dǎo)出IGES文件。注意從Lines導(dǎo)出的IGES文件僅為三維空間曲線文件，不含曲面。

3.2 Surface模塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化

（1）在Surface模塊中將X軸的坐標計量方式調(diào)為currentunit，單位調(diào)整為mm，參見圖3。

（2）執(zhí)行操作File/Export/AcisSATFile將Surface模塊中所有已經(jīng)完成的曲面都轉(zhuǎn)化為ACIS格式的SAT文件。

（3）PATRAN建模如果需要用到肋骨線、規(guī)則縱骨線的，則需先運用ModelCuts，在Surface模塊中切出肋骨線或縱骨線再導(dǎo)入，參見圖4。

（4）利用上述方式導(dǎo)出的文件，導(dǎo)入PATRAN時注意調(diào)整數(shù)據(jù)比例。本船將導(dǎo)入比例設(shè)置為1000000，參見圖5。

3.3 導(dǎo)入數(shù)據(jù)檢查

將TRIBON曲面模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入PATRAN，由一人單獨完成，檢查按標3.2章節(jié)設(shè)置比例后PATRAN模型中肋距是否正確，并依據(jù)上文2.1檢查坐標值是否與TRIBON中一致。檢查無誤后，該PATRAN文件作為初始建模背景，拷貝給各個建模者。

4 建模實施過程改善

4.1 肋骨線數(shù)據(jù)優(yōu)化

TRIBON的Surfacce模塊生成的曲面是由多塊曲面拼接而成的，參照上文3.2，按肋位切取導(dǎo)入后，肋位線也是由多條曲線拼接而成。在PATRAN有限元建模過程中，發(fā)現(xiàn)不連續(xù)的肋骨線不利于求取外板曲面的節(jié)點，也不利于4.2中提及的曲面快速建模方法?？赏ㄟ^create→curve→chain（如圖6所示），先將同一肋位的多條曲線合并成一條曲線，并刪掉原有的多條曲線。

圖2 導(dǎo)出曲面IGES文件

圖3 單位調(diào)整

4.2 曲面單元快速建模方法

本船為縱骨架式，根據(jù)曲面骨材TRIBON建模定位數(shù)據(jù)確定輔助平面，切肋骨線求取外板和內(nèi)殼縱骨的節(jié)點node。得到曲面上的交點node后，可將其作為meshseed（create→meshseed→tabular→node andpoint，如圖7所示）后生成單元（create→mesh→2curve），可通過調(diào)整automaticcalculation控制網(wǎng)格大小（如圖8所示）。

4.3 單元屬性規(guī)則的完善

雖然前期已做好了規(guī)則的統(tǒng)一，但在后期單元屬性properties的定義中，發(fā)現(xiàn)其命名規(guī)則仍不完善。甲板分組模型的重量重心的調(diào)整涉及到材料屬性和單元屬性，而前期忽略了單元屬性的分組，需與材料屬性相對應(yīng)。

圖6 連接曲線示意圖

圖7 撒種子示意圖

圖8 曲線節(jié)點生成單元

圖4 切肋骨線

4.4 合并后處理

多個PATRAN有限元模型建完之后，合并導(dǎo)入時，需新建一個分組，導(dǎo)入的模型將在這個分組中顯示，并保留原有模型的分組，新建分組可視具體情況而確定是否需要刪除。

盡管網(wǎng)格大小已經(jīng)做好了劃分依據(jù)，但合并后在模型的對接處，因網(wǎng)格細化不同，可能會出現(xiàn)自由邊的問題，需要由整合者處理。

4.5 Element選取異常情況處理

使用PRTRAN時，如果出現(xiàn)選不中節(jié)點node和單元Element時的異常情況時，把整個組復(fù)制到新建組Group里，再刪除原有Group組。

5 結(jié)束語

有限元強度分析工作包括前期建模和后期計算分析及方案修改。由于特種船上建總段數(shù)量很多，其吊裝有限元分析時建模工作量很大；若采取平臺下水或整船吊裝下水，則需要全船建模。PATRAN建模占用了有限元強度分析工作的大部分時間，導(dǎo)致后期分析時間緊張，因此合作建模必不可少。通過多人合作建模，制定詳細統(tǒng)一的規(guī)則，可短期內(nèi)完成大量的有限元模型，縮短PATRAN建模時間周期，為后期分析計算結(jié)果、調(diào)整方案提供更充足的時間。