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船舶板架结构四边形有限元网格自动生成技术研究

作　者: 李毅
导　师: 金烨
学　校: 上海交通大学
专　业: 计算机集成制造
关键词: 船舶板架 Tribon 数据抽取有限元约束四边形网格
分类号: U662.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 66次
引　用: 1次
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内容摘要

CAD、CAE在现代产品开发设计中起着非常重要的作用。在CAD设计的同时,运用CAE对产品的几何模型进行数值计算,对产品的性能和结构进行评估,从而达到改善设计结构,提高产品性能、缩短设计开发周期的目的。目前船舶设计所普遍采用的设计流程是:基于AutoCAD与Patran的并行设计,完成方案设计以及详细设计;然后在船舶设计专业软件Tribon中根据前期的设计结果重建3D模型进行生产设计。可见,该设计流程的各个系统间的模型分别独立创建,既浪费资源,又难以保证产品数据在产品生命周期中的一致性。对此,船舶设计所提出了一种新的设计流程:将功能强大的Tribon设计系统移至产品的初步设计阶段,实现Tribon模型(CAD)与Patran(CAE)之间的数据共享,缩短产品的设计周期。但是,在新设计流程中,有两个问题亟需解决。第一,由于Tribon数据开放性不够,与其他开发平台(如Patran)缺少接口,无法将模型直接导入Patran中。第二,由于在船舶板架结构有限元分析中,要求附着在板架上的加强筋和孔洞等结构必须作为约束被离散,最终成为网格单元的一条边,相应的网格节点落在约束线上,而Patran系统中的标准算法都无法满足这种约束四边形网格单元的生成,需要后续的人工调整。基于此,本文首先对Tribon中模型进行了数据抽取研究,为实现Tribon与Patran间的模型数据共享以及下一步板架结构网格划分提供了前提;然后针对船舶板架结构有限元网格生成特点及要求,提出一种适用于约束四边形有限元网格生成算法,有效解决了带有加强筋等约束的板架结构四边形网格划分问题,为进一步缩短产品的设计周期提供了技术上的支持。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题研究需求分析  10-11
  1.2 研究现状  11-13
  1.3 课题研究目标  13
  1.4 系统框架概述  13-14
  1.5 课题研究意义  14
  1.6 本文章节安排  14-16
第二章 TRIBON 系统及数据抽取  16-32
  2.1 TRIBON 系统介绍  16-18
    2.1.1 概述  16-18
    2.1.2 Tribon 建模  18
  2.2 TRIBON 数据组织形式  18-20
    2.2.1 概述  18-19
    2.2.2 产品信息模型  19
    2.2.3 数据仓库  19-20
  2.3 TRIBON 数据提取  20-31
    2.3.1 数据提取命令  20-22
    2.3.2 数据提取结果  22-23
    2.3.3 数据提取方法  23-30
    2.3.4 导出数据管理  30-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章船舶板架结构有限元网格生成  32-72
  3.1 有限元网格自动生成技术综述  32-34
  3.2 有限元网格生成的基本原则  34-35
  3.3 有限元网格质量评价  35-37
    3.3.1 单元质量  35
    3.3.2 网格质量  35-37
  3.4 有限元网格的要求  37
  3.5 四边形单元网格生成算法介绍  37-42
    3.5.1 结构化四边形网格生成方法  38-39
    3.5.2 非结构化四边形网格生成方法  39-42
  3.6 数据结构简介  42-44
  3.7 二维域约束四边形有限元网格生成算法研究  44-62
    3.7.1 多约束四边形有限元网格生成概述  46-47
    3.7.2 初始三角网格生成  47-48
    3.7.3 约束四边形网格生成  48-62
  3.8 混合网格优化及光顺算法研究  62-71
    3.8.1 网格优化概述  62-63
    3.8.2 相关定义及说明  63
    3.8.3 混合网格质量衡量标准  63-64
    3.8.4 拓扑优化  64-68
    3.8.5 几何优化  68-70
    3.8.6 实例与对比  70-71
  3.9 本章小结  71-72
第四章 PATRAN FEA 模型重现  72-89
  4.1 MSC.PATRAN 简介  72-73
  4.2 PATRAN 进行工程分析的一般流程  73-74
  4.3 MSC.PATRAN COMMAND LANGUAGE 简介  74-79
    4.3.1 PCL 二次开发的功能  74-75
    4.3.2 PCL 的语言结构  75-79
  4.4 PCL 程序设计过程  79-81
    4.4.1 PCL 类的结构  79
    4.4.2 用户函数库  79-81
  4.5 PCL 程序重现 FEA 模型  81-86
    4.5.1 PCL 函数定制  81-83
    4.5.2 Patran 界面二次开发  83-84
    4.5.3 定制化程序自动生成 pcl 文件  84-86
  4.6 实例验证结果  86-88
  4.7 本章小结  88-89
第五章全文总结  89-91
  5.1 主要结论  89-90
  5.2 研究展望  90-91
参考文献  91-95
致谢  95-96
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  96

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