计算机辅助船体型线光顺基础

nullnull计算机辅助船舶建造系统型线光顺基础知识 船舶CAD/CAM课件之一渤海船舶职业学院null一、引言 主要内容 《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 二、形状、型值、型线、型线光顺三、 型线光顺基础知识null2、描述一艘船 一、引言 1、描述一个人 （外形：船长、船宽、船深、 首、尾部形状、 上层建筑形式、 机舱位置 、 烟囱、桅杆的形状)nullnull补给船客船核潜艇破冰船null一、引言 主要内容 《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 二、形状、型值、型线、型线光顺三、 型线光顺基础知识null《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 二、形状、型值、型线、型线光顺船舶设计：根据用途、航区、载货量、 航速等因素进行初步设计和 详细设计船舶建造：根据设备能力、场地设施、工 期、技术力量等因素进行生产 设计null 三维模型初步物流信息工作图物流信息生产信息初步生产信息初始化后处理三维 建模型线 光顺产品信息数据库计算机辅助生产设计流程《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 null一、引言 主要内容 《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 二、形状、型值、型线、型线光顺三、 型线光顺基础知识null《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 三、 型线光顺基础知识 1、船体表面特征 船体表面是相当复杂的一种曲面，它由许多子曲面组成。这些子曲面中，有的是可以直接以函数表示的规则曲面，例如，平面、柱面、直纹面等。大部分是不规则曲面，它们难以以一般函数表示。子曲面之间的连接线常常不落在一个简单的剖面上。船舶形状示意图 《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 船舶形状示意图 null《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 为了更有效的表达船体表面，可以将船体表面划分成若干个区域，每个区域以不同的方法表达。 前部区域 中部平行舯体部分 后部区域 尾部null《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 中部平行舯体部分 是柱体的一部分，横剖面形状相同，舷侧是直壁式的，舭部为一段圆弧，而船底则为一个水平面—无底边升高，或为两个相交的平面—有底边升高，null由多个曲面组成，最基本的有三部分：头部的首柱曲面，它也可以看成规则曲面；下部为船底平面；其他为形状较为复杂的曲面.在线型图上，这张曲面依靠水线图、横剖线图、纵剖线图反映。前边与首柱曲面相切，形成一个不太明显的切点线，后部与中部筒形区域相切，上边为甲板边线，甲板边线在该区域为一空间曲线；这一区域的下部和船底平面相切，这根切线是曲面与平面的边界线，称为平底线，它和平边线一起成为船体表面重要的边界线。 《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 球鼻型船首null《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 后部区域 后部区域的前部与中部筒形区相切，上部结束于甲板边线，下部与船底平面相切，相切的曲线是平底线的后部分段。null《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 尾部区域较复杂。 形状是多种多样的。主要有：null《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 除以上区域外，船体形状上还有一个相对独立的区域——甲板区域。甲板曲面的形状也是多种多样的，有平面甲板，带折角线甲板。最常见的甲板还是带梁拱的甲板。为了制造方便，使甲板曲面在各个横剖面上具有相同的形状，既甲板曲面可以看成是一个圆柱曲面。null《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 null《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 如上述，船体表面是由几种特征不同的曲面连接而成，不同曲面之间的界线就是船体表面的特殊曲线，它们是甲板边线、平边线、平底线、首圆弧切点线，只有这些曲线确定了，才能为其他船体剖面线提供起止点位置。null《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 2）.平边线 一般船舶，尤其是大中型船舶，中部都有一段直弦壁，就是在最大船宽处有一个平行于XOZ坐标平面的平面：Y=B/2 式中B是船宽。前边区域和后边区域的曲面与该平面相切，切线是一个光顺的的曲线，这个曲线称为平边线。 同样，船中有一部分横剖线与平边线也有交点，交点之上是一段平行于Z轴的直线，交点的下面是曲线，曲线与直线相切于交点。 平边线是区分平面与曲面的边界线，很明显，平边线所包围的面积越大，船越丰满. 1）.甲板边线 甲板曲面与前面述说的四个区域相交形成甲板边线，尽管甲板边线是一空间曲线，但它依附于一个有规律的甲板曲面。null《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 3）.平底线 是船体曲面与船底平面相切的曲线。一般船的底部是由一张平面或两张斜平面（有底边升高）构成。有底部升高的平底线虽然没有落在基准平面中，但是因底部倾斜的平面往往只是绕X轴旋转的平面，所以切点投影到基准面上形成的曲线与切线的实际形状相似，坐标值只差一个常数。 平底线在船的中部为凸形，在两端为凹形，因此，平底线在前后各有一个拐点。 null《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 这些重要的曲线决定了对船型的控制，这些曲线的光顺程度也直接决定整船是否达到设计要求，而且还影响以它们为边界的曲面的光顺效果。2、船体型线光顺的基本概念《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 2、船体型线光顺的基本概念数学上的光滑：用数学函数定义几何曲线时 曲线不间断（连接节点处坐标值相等）； 连接节点处具有公共的切线； （曲线插值和拟合函数）函数、一阶导数、二阶导数连续；工程上的光顺：依靠经验 曲线在满足光滑条件的基础上，其弯曲变化趋势应满足工程上和顺的要求（变化趋势没有局部凹凸和弯曲程度没有剧烈变化等现象）3、船体型线光顺的主要步骤《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 3、船体型线光顺的主要步骤给定的型值表数据用样条表示船体型线 进行光顺性判别型值调整插出全部肋骨型线绘制结构线、板缝线4、计算机辅助型线光顺性的判别和调整准则《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 4、计算机辅助型线光顺性的判别和调整准则型线的插值和拟合函数应满足函数及其一阶导数、二阶导数的连续条件 型线的曲率符号变化应符合设计要求，没有多余拐点；连接节点处坐标值相等）； 型线的曲率数值变化应该是均匀的； 调整光顺型线时，应使各型值点的型值偏离达到最小5、常见的几种型线光顺方法《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 5、常见的几种型线光顺方法圆率序列法 该方法根据过三点做圆的原理算出各型值点圆率，以代替曲线的曲率，直接对型值点进行光顺性判别和型值调整，得到光顺的型值点。然后按光顺的型值点建立型线的插值或拟合函数。以得到光顺的型线。5、常见的几种型线光顺方法《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 5、常见的几种型线光顺方法圆率序列法 圆率：过相邻三个型值点组成的圆的半径之倒数，称为其中间点的圆率。 其符号与这三点中间一点二次差商符号相同。这样对给出的型线型值依次求圆率即可获得型值点的圆率序列。 若首、末型值点给出导数则可求得首、末点圆率。若首、末型值点没给出导数则取第二点型值点圆率作为首点圆率, 末点圆率同样取最后第二点型值点圆率作为圆率。6、圆率序列法型线光顺原理 《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 6、圆率序列法型线光顺原理 型值点的圆率序列的符号反映了型线的弯曲方向, 其绝对值则反映了型线的弯曲程度, 而圆率序列相邻二点的一次差的符号和绝对值反映了型线上相邻型值点弯曲变化的趋势, 也就是型线的光顺程度。故利用型线型值点的圆率和圆率一次差可直接对型值点进行光顺性判别。 6、圆率序列法型线光顺原理 《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 6、圆率序列法型线光顺原理 型值点光顺性判别准则为: (a) 型值点圆率序列没有多余的变号，即我们称 之为"粗光顺" (b) 型值点圆率序列的一次差没有连续变号，即 我们称之为"精光顺"。 若型线型值点圆率符号没有连续变号，则我们认 为已达粗光顺要求。 若型线型值点圆率一次差符号没有连续变 号，则我们认为已达精光顺要求。 null序号 离舯距 半宽 圆率 圆率一次差 1 36820.1406 13000.0000 -.0041 .0000 2 41250.0000 12960.0000 -.0083 -.0042 3 49500.0000 12450.0000 -.0134 -.0051 4 52716.8789 12000.0000 -.0159 -.0025 5 57551.0703 11000.0000 -.0164 -.0006 6 57750.0000 10950.0000 -.0169 -.0005 7 61087.4297 10000.0000 -.0162 .0007 8 64003.1484 9000.0000 -.0139 .0023 9 66000.0000 8233.2090 -.0125 .0014 10 70125.0000 6449.8018 -.0082 .0043 11 74250.0000 4481.4300 -.0039 .0043 12 76500.0000 3369.5592 -.0049 -.0010 13 77100.0000 3067.2571 -.0195 -.0146 14 77700.0000 2755.0000 -.0453 -.0258 例1:观察下列型线，在例中首先对型线型值点求出圆率、圆 率一次差、然后根据圆率、圆率一次差来判别其光顺性。 由于该型线型值点圆率、圆率一次差均无连续变号，我们认为该型线满足粗光顺和精光顺要求, 是一根很好的光顺型线。null序号 离舯距 半宽 圆率 圆率一次差 7 62376.9219 10000.0000 -.0158 .0004 8 66000.0000 8750.5938 -.0136 .0021 9 70125.0000 7061.5488 -.0096 .0040 10 74250.0000 5160.1699 -.0019 .0077 11 76500.0000 4104.5322 -.0005 .0014 12 77100.0000 3822.4319 -.0048 -.0043 13 77700.0000 3538.0000 -.0177 -.0129 14 78375.0000 3207.6201 -.0523 -.0347 15 78767.5938 3000.0000 -.0384 .0139 16 80463.4297 2000.0000 -.0831 -.0447 17 81698.0000 1000.0000 -.3040 -.2209 例2:观察下列型线，根据圆率、圆率一次差来判别其光顺性。 该型线型值点的圆率没有连续变号，故满足粗光顺要求。但其型值点的圆率一次差在第15点型值处出现连续变号,故不满足精光顺要求。该型线达到了粗光顺而没有达到精光顺, 所以是一根较好的光顺型线。 null序号 离舯距 半宽 圆率 圆率一次差 5 57551.0703 11000.0000 -.0169 -.0006 6 57750.0000 10950.0000 -.0169 -.0005 7 61087.4297 10000.0000 -.1062 .0007 8 64003.1484 9000.0000 -.0139 .0023 9 66000.0000 8233.2090 -.0140 -.0001 10 70125.0000 6425.0000 -.0076 .0063 11 74250.0000 4443.3052 -.0011 .0065 12 76500.0000 3351.5801 .0058 .0069 13 77100.0000 3067.2571 -.0557 -.0615 14 77700.0000 2755.0000 -.0453 .0104 15 78375.0000 2375.0000 -.1139 -.0686 16 80070.0000 1000.0000 -.2296 -.1156 17 80389.0000 500.0000 -.5835 -.3539 例3:观察下列型线，根据圆率、圆率一次差来判别其光顺性。 第12点型值点处出现圆率－＋－连续变号, 不满足粗光顺要求。在型线第9、13、14点型值处出现圆率一次差连续变号, 不满足精光顺要求 ， 所以是一根不光顺的型线。7、型值点光顺修改 《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 7、型值点光顺修改 修改点的选择 船体型线的光顺修改是一个需要有经验的十分复杂的工作。有时型线某一点出现凹或凸的现象, 仅修改其本身这一点型值可能仍不能使型线光顺, 而是要修改其附近一点或二点的型值才能修改好, 使型线达到光顺要求。因此我们在处理光顺修改时首先找出型线上的坏点, 然后分别修改坏点前一点、坏点和坏点后一点共三点型值, 观察这三点中哪一点修改后对改善光顺效果最好, 取这一点作为修改点。如我们对某一型线发现Pi点为坏点, 则我们分别修改Pi-1, Pi, Pi+1点, 分别得到它们修改后的圆率、圆率一次差Ki-1, △Ki-1; Ki, △Ki; Ki+1, △Ki+1。然后根据判别准则, 选出其中修改效果最好一点为修改点。 null 该型线第20为坏点,程序在光顺修改时分别对第19、第20点、第21点三点进行分别修改, 经判别后光顺效果第20点效果最好,序号 离舯距 半宽 圆率 圆率一次差 13 3127.8857 8000.0000 -.0577 -.0191 14 3500.0000 8288.6279 -.0680 -.0103 15 4000.0000 8647.6953 -.0292 .0388 16 4500.0000 8993.4053 -.0198 .0094 17 4509.6641 9000.0000 -.0193 .0005 18 5000.0000 9330.4355 -.0163 .0031 19 5500.0000 9660.3968 -.0055 .0107 20 6000.0000 9987.9827 .0052 .0107 21 6018.2778 10000.0000 -.0084 -.0136 22 6500.0000 10315.0000 -.0125 -.0041 23 7000.0000 10636.7695 -.0205 -.0081 24 7500.0000 10950.0000 -.0286 -.0080 例4:观察下列型线，在例中首先对型线型值点求出圆率、圆 率一次差、然后根据圆率、圆率一次差来判别其光顺性。 null 该型线第20为坏点,程序在光顺修改时分别对第19、第20点、第21点三点进行分别修改, 经判别后光顺效果第20点效果最好,序号 离舯距 半宽 圆率 圆率一次差 13 3127.8857 8000.0000 -.0577 -.0191 14 3500.0000 8288.6279 -.0680 -.0103 15 4000.0000 8647.6953 -.0292 .0388 16 4500.0000 8993.4053 -.0198 .0094 17 4509.6641 9000.0000 -.0193 .0005 18 5000.0000 9330.4355 -.0163 .0031 19 5500.0000 9660.3968 -.0055 .0107 20 6000.0000 9987.9827 .0052 .0107 21 6018.2778 10000.0000 -.0084 -.0136 22 6500.0000 10315.0000 -.0125 -.0041 23 7000.0000 10636.7695 -.0205 -.0081 24 7500.0000 10950.0000 -.0286 -.0080 例4:观察下列型线，根据圆率、圆率一次差来判别其光顺性。 null序号 离舯距 半宽 圆率 圆率一次差 17 4509.6641 9000.0000 -.0193 .0005 18 5000.0000 9330.4355 -.0163 .0031 19 5500.0000 9660.3968 -.0055 .0107 20 6000.0000 9987.9827 .0052 .0107 21 6018.2778 10000.0000 -.0084 -.0136 22 6500.0000 10315.0000 -.0125 -.0041 第20点半宽从 9987.9827增加0.0536, 修改到 9988.0363, 则第20点坏点消失，得到如下结果，型线达到光顺。 序号 离舯距 半宽 圆率 圆率一次差 17 4509.6641 9000.0000 -.0193 .0005 18 5000.0000 9330.4355 -.0163 .0031 19 5500.0000 9660.3968 -.0054 .0108 20 6000.0000 9988.0363 -.0016 .0038 21 6018.2778 10000.0000 -.0015 .0001 22 6500.0000 10315.0000 -.0125 -.0110 由于该型线型值点圆率、圆率一次差均无连续变号，我们认为该型线满足粗光顺和精光顺要求, 是一根很好的光顺型线null序号 离舯距 半宽 圆率 圆率一次差 3 77875.0000 4000.0000 -.8212 .3010 4 77700.0000 4480.0000 .0550 .8761 5 77692.3750 4500.0000 -.8802 -.9352 6 77626.5000 5000.0000 -.5379 .3423 7 77697.6328 5500.0000 -.3532 .1847 8 77700.0000 5510.0000 -.5301 -.1769 9 77893.0000 6000.0000 -.5167 .0135 12 79023.3359 7000.0000 -.2155 .1340 13 80458.0000 7500.0000 -.0213 .1942 14 82067.5000 8000.0000 .0110 .0323 15 82500.0000 8139.9370 -.0177 -.0287 16 83672.1172 8500.0000 .0031 .0208 17 85274.1094 9000.0000 -.0023 -.0054 例5:观察下列型线，根据圆率、圆率一次差来判别其光顺性。 该型线第4点、第14点、第15点、第16点为明显坏点, 但经程序修改处理后第4点坏点实际上是对第5点长度 77792.3750增加 2.6653到77695.0403则第4点坏点消失, 第14点坏点实际上是对第15点宽度 8139.9370减少 5.3042到 8134.6328 则第14点坏点消失，最后结果如下。null序号 离舯距 半宽 圆率 圆率一次差 3 77875.0000 4000.0000 -.8212 .3010 4 77700.0000 4480.0000 -.4002 .4210 5 77695.0403 4500.0000 -.4061 -.0060 6 77626.5000 5000.0000 -.5480 -.1419 7 77697.6328 5500.0000 -.3532 .1948 8 77700.0000 5510.0000 -.5301 -.1769 9 77893.0000 6000.0000 -.5167 .0135 12 79023.3359 7000.0000 -.2155 .1340 13 80458.0000 7500.0000 -.0213 .1942 14 82067.5000 8000.0000 .0005 .0219 15 82500.0000 8134.6328 .0005 -.0001 16 83672.1172 8500.0000 .0002 -.0002 17 85274.1094 9000.0000 -.0023 -.0026 例5:观察下列型线，根据圆率、圆率一次差来判别其光顺性。 该型线第4点、第14点、第15点、第16点为明显坏点, 但经程序修改处理后第4点坏点实际上是对第5点长度 77792.3750增加 2.6653到77695.0403则第4点坏点消失, 第14点坏点实际上是对第15点宽度 8139.9370减少 5.3042到 8134.6328 则第14点坏点消失，最后结果如下。null序号 离舯距 半宽 圆率 圆率一次差 1 41969.1992 13000.0000 -.0052 .0000 2 49500.0000 12852.0000 -.0095 -.0042 3 57750.0000 12070.2803 -.0138 -.0043 4 66000.0000 10314.7900 -.0189 -.0051 5 67019.7422 10000.0000 -.0126 .0063 6 69980.1797 9000.0000 -.0166 -.0040 7 70125.0000 8946.6484 -.0134 .0031 8 72554.5469 8000.0000 -.0079 .0056 9 74250.0000 7305.0000 .0001 .0080 10 74994.2891 7000.0000 -.0010 -.0011 例6:观察下列型线，根据圆率、圆率一次差来判别其光顺性。 在光顺判别时发现某一型值点圆率符号和前、后两点圆率符号相反但该点的圆率若小于0.001 , 则从 "粗光顺" 判别来讲不作坏点处理, 因为该点圆率小于 0.001, 则该点和相邻二点组成的圆的半径大于是1000米, 也就是该三点近似在一直线上, 故不作粗光顺坏点处理。null一、引言 1、船体表面特征 2、船体型线光顺的基本概念 3、船体型线光顺的主要步骤 4、计算机辅助型线光顺性的判别和调整准则 5、常见的几种型线光顺方法 6、圆率序列法型线光顺原理 7、型值点光顺修改主要内容回顾《计算机辅助船舶设计与建造系统》____型线光顺基础知识 二、形状、型值、型线、型线光顺三、 型线光顺基础知识