自由曲面壳体几何造型的研究.pdfVIP

维普资讯 第 23卷 第 7期 武 汉 理 工 大 学 学 报 Vo1．23 NO 7 JOURNAL OF WUHAN UNIVERSrFY OFTECHNOLOGY Ju】2ool 2001年 7月 文章编号 ：】ooo一2405(2o01)07—003804 自由曲面壳体几何造型的研究 董怀武 汤一泉 陈定方 (武汉理工大学) 摘 要 ： 提 出了一个 自由曲面壳体妾体造型的方法．以船体为倒 ，首先用准均匀B样母方法构追 出船舶壳体 的内表面 ， 通过计算诣面目格点法向等距 离的对应点，生成偏置外表面 以内外表面为迪界面，构造复杂的船舶壳体．介绍了诣线曲 面数据小我压缩的原理．培 出了壳体单元超面片的通用表达式和整体构造方法。 关键词 ： 自由曲面} 小我分析 ； 节点矢量 ； 超面片； 壳体 ； 几何造型； 等距面 中图法分类号： U 6632； TP393．72 文献标识码 ： A 在涉及人身安全的许多交通设备试验 中，例如汽车的剧烈碰撞 ，船舶的稳定性和抗沉性测试 ，不可能以 人的生命安全和国家财产的巨大损失为代价去冒险进行破坏性试验 。如果建立起和试验对象很接近的模型， 用计算机虚拟这一过程，会得到与实际试验很接近的结果。要比较精确描述这一过程 ，需要对船舶的稳定性 及抗沉性等物理特性进行计算 ，要对船舶在风浪中航行局部和整体受力及变形进行有限元分析 ，以便确定其 抵抗风浪的能力 。这一过程的受力对象是船舶 ，受力的主体部分在水下 ，即船体。因此船体部分的实体造型 是这一过程的基础 船体的描述困难在于船壳的实体造型，以下是这一复杂曲面壳体实体造型研究结果。 1 复杂 曲面的几何建模 形体表面的几何建模就是用几何 的形式表达形体表面，它是形体实体造型 的基础．根据船体曲面的特 点，首尾柱部分外形较为复杂，采用拟圆柱描述 ，主体部分用准均匀三次 B样条口网格描述．船体型表面 (壳 体内表面)总体上用蒙皮法生成．蒙皮法要求首先生成型值截面曲线 ，而船体型值表所给出的数据并非完全 符台几何建模 的要求 ，需要 以型值表为基础进行一系列的数据处理 。 1l 数据 处理 用准均匀B样条方法造型时需要的型值点数都是 m行n列 ，即任意两行 (列)上的型值点数和控制点数 应当相 同。这就需要对型值点列进行插值处理，补上缺少的型值点。为使 问题简化 ，假设 甲板无双向粱拱，即 甲板为平面．船体曲面采用准均匀B样条形式构造，补充型值点也要采用准均匀 B样条 的形式 ，基本算法如 下 ： ①利用一条曲线 已知 的n个型值点，反求控制点，构造出曲线。 ②利用已知插人点的x坐标值 和参数方程X 一 (“)解 出参数 的值 t．代人样条 曲线参数方程可 得插八点的 和 z坐标值Y=Y()和 Z= () 用准均匀 B样条方法构造 曲线时，分段进行，假如有 一个型值点，就有n+2个控制点，也就有 ”一1段曲 线 。如果解出了插值点P(x ，Y，Z)，还要确定该点在那一段 曲线上 设控制点列为 。，L 2，…， 取节点矢量为_，= 。，t】，t2，3，t，岛，… t “+ “…t+…] T．= ，一 ，+，￡一 ，tm ，tm ，￡ ， ]为第 段 的节点矢量 ，则三次准均匀 B样条曲线上第 i段 的构造 公式为 ： 收稿 日期 ：2ool一05—04． 作者简介：董fI：武 (1948一)，男，副教授；武汉，武汉理工大学物流工程系(430063) *教育部重点实验室项 目(批准号：200003／2)资助． 维普资讯 第 23卷 第 7期 董怀武等 ：自由曲面壳体几何造型的研究 39 e(“)一 V．最 3(“)+ V…B… ．3()+ 1I,+2日 3(“)+ V．+3占 3(“)