适用于有限元分析的船舶板结构简化方法及装置与流程

1.本发明涉及船舶设计领域，特别是涉及一种适用于有限元分析的船舶板结构简化方法及装置。


背景技术：

2.目前，有限元网格分析采用的方法是直接将产品的三维设计模型生成有限元分析模型，在对船舶类产品进行有限元网格分析时采用的网孔尺寸一般在50厘米到几米之间，由于船舶本身的尺寸较大，长度通常在几十米到几百米之间，存在大量的三角形或畸形网格，如直接将船舶的三维模型生成有限元分析模型，三角形或畸形网格是无法满足有限元计算的规范要求的，因此需要在进行船舶结构有限元网格分析前，简化船舶的三维模型，如删除次要构件、忽略结构细节以及调整几何结构等。
3.现有技术中，这些简化工作主要由分析人员先人工确定需简化的几何结构特征，再通过草图或实体造型等工具对几何结构特征进行简化处理，这种处理方式往往耗费大量时间且质量难以保证。
4.因此，如何在对船舶类产品进行有限元网格分析前高效地简化船舶的三维模型是一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于有限元分析的船舶板结构简化方法及装置，用于解决现有技术中存在的对船舶类产品进行有限元网格分析前，简化船舶的三维模型的效率低的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种适用于有限元分析的船舶板结构简化方法，包括以下步骤：基于船舶的三维模型，获取船舶的板结构信息；基于所述板结构信息，应用预设的类别划分规则，确定划分后的板结构；基于所述划分后的板结构，应用预设的数据结构构建规则，确定板结构对象的信息；基于所述板结构对象的信息，应用预设的判断规则，确定需简化的板结构。
7.于本发明的一实施例中，所述板结构信息包括：轮廓点、轮廓边、约束以及相交段中的一个或多个。
8.于本发明的一实施例中，所述预设的类别划分规则包括：轮廓边的长度小于第一阈值，相交段的长度小于第二阈值，所述约束在板结构内部中的一个或多个。
9.于本发明的一实施例中，所述数据结构构建规则包括：基于所述板结构信息的名称构建第一层数据节点；基于所述第一层数据节点，构建第二层数据节点以确定所述板结构对象的信息；其中，所述第二层数据节点为所述第一层数据节点对应的对象内容。
10.于本发明的一实施例中，所述基于所述板结构对象的信息，应用预设的判断规则，确定需简化的板结构，包括：基于所述板结构对象的信息，提取所有轮廓边的长度；当存在轮廓边的长度小于第三阈值时，确定板结构为需简化的板结构；当所述所有轮廓边的长度
都大于所述第三阈值时，提取所有相交段的长度；当存在相交段的长度小于第四阈值时，确定所述板结构为所述需简化的板结构；当所述所有相交段的长度都大于所述第四阈值时，提取所有约束的两个端点坐标和所有轮廓点的位置坐标；根据所述两个端点的坐标和所述位置坐标，判断所述约束是否在所述板结构内部；当所述约束在所述板结构内部时，确定所述板结构为所述需简化的板结构。
11.对应地，本发明提供一种适用于有限元分析的船舶板结构简化装置，包括获取模块，用于基于船舶的三维模型，获取船舶的板结构信息；第一处理模块，用于基于所述板结构信息，应用预设的类别划分规则，确定划分后的板结构；第二处理模块，用于基于所述划分后的板结构，应用预设的数据结构构建规则，确定板结构对象的信息；确定模块，用于基于所述板结构对象的信息，应用预设的判断规则，确定需简化的板结构。
12.于本发明的一实施例中，所述板结构信息包括：轮廓点、轮廓边、约束以及相交段中的一个或多个。
13.于本发明的一实施例中，所述预设的类别划分规则包括：轮廓边的长度小于第一阈值，相交段的长度小于第二阈值，所述约束在板结构内部中的一个或多个。
14.本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的适用于有限元分析的船舶板结构简化方法。
15.本发明提供一种船舶设计平台，包括存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于运行所述计算机程序以实现上述的适用于有限元分析的船舶板结构简化方法。
16.如上所述，本发明的适用于有限元分析的船舶板结构简化方法及装置，具有以下有益效果：
17.(1)基于船舶的三维模型，预设船舶板结构的类别划分规则、处理规则以得到简化的板结构，从而实现需简化板结构的自动识别，减轻分析人员的人工工作量。
18.(2)提高设计分析工作的效率和可靠性，缩短设计周期。
附图说明
19.图1显示为本发明的适用于有限元分析的船舶板结构简化方法于一实施例中的流程图。
20.图2显示为本发明的适用于有限元分析的船舶板结构简化方法于一实施例中的板结构信息示意图。
21.图3显示为本发明的适用于有限元分析的船舶板结构简化方法于一实施例中的架构图。
22.图4显示为本发明的适用于有限元分析的船舶板结构简化装置于一实施例中的结构示意图。
23.图5显示为本发明的适用于有限元分析的船舶板结构简化装置于一实施例中的船舶设计平台。
24.元件标号说明
25.41
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获取模块
26.42
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第一处理模块
27.43
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第二处理模块
28.44
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确定模块
29.51
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处理器
30.52
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存储器
具体实施方式
31.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
33.本发明的适用于有限元分析的船舶板结构简化方法及装置，基于船舶的三维模型，预设船舶板结构的类别划分规则、处理规则以得到简化的板结构，从而实现需简化板结构的自动识别，减轻分析人员的人工工作量；提高设计分析工作的效率和可靠性，缩短设计周期。
34.如图1所示，于本实施例中，本发明的适用于有限元分析的船舶板结构简化方法包括以下步骤：
35.步骤s1、基于船舶的三维模型，获取船舶的板结构信息。
36.具体地，所述板结构信息包括：轮廓点、轮廓边、约束以及相交段中的一个或多个。其中，轮廓点指构成板结构边界的线条之间的交点；轮廓边指构成板结构边界的线条；约束指板结构与其它板结构或型材的相交线；相交段指轮廓点和约束在轮廓边上形成的线段。如图2所示，于本实施例中的板结构信息示意图，图中所示有5个不同的板结构，分别是t1、t2、t3、t4、t5，板结构信息包括：轮廓点21、轮廓边22、约束23以及相交段24，可以看出，约束23在板结构t2、t3、t4以及t5中的位置各有不同。
37.步骤s2、基于所述板结构信息，应用预设的类别划分规则，确定划分后的板结构。
38.具体地，所述预设的类别划分规则包括：轮廓边的长度小于第一阈值，相交段的长度小于第二阈值，所述约束在板结构内部中的一个或多个。结合图2所示，比如，第一阈值取值为100毫米，第二阈值取值为102毫米，板结构t1中的右上方的轮廓边22长度为30毫米小于第一阈值的100毫米，因此，板结构t1在划分后的板结构中；板结构t2中的左上方的相交段24长度为40毫米小于第二阈值的102毫米，因此，板结构t2在划分后的板结构中；板结构t5中约束23在板结构内部，因此板结构t5在划分后的板结构中。
39.步骤s3、基于所述划分后的板结构，应用预设的数据结构构建规则，确定板结构对象的信息。
40.具体地，所述数据结构构建规则包括：基于所述板结构信息的名称构建第一层数据节点；基于所述第一层数据节点，构建第二层数据节点以确定所述板结构对象的信息；其中，所述第二层数据节点为所述第一层数据节点对应的对象内容。
41.进一步具体地，先按轮廓点、轮廓边、约束以及相交段的名称搭建第一层数据节点，然后在第一层数据节点的基础上创建第二层数据节点，即对应轮廓点的第一层数据节点的下一层数据节点为板结构所有轮廓点的位置坐标；对应轮廓边的第一层数据节点的下一层数据节点为板结构所有轮廓边的长度；对应约束的第一层数据节点的下一层数据节点为板结构所有约束的两个端点的位置坐标；对应相交段的第一层数据节点的下一层数据节点为板结构所有相交段的长度及对应两个端点的位置坐标。其中，在通用数据结构下构建的第一层数据节点是对轮廓点、轮廓边、约束以及相交段的名称定义为字符串型，对第二层数据节点中的所有数据节点定义为实数型。
42.在对第一层数据节点和第二层数据节点定义好节点类型后，对第二层数据节点进行内容创建以确定板结构对象的信息。
43.具体地，根据板结构信息，从船舶的三维模型中依次查找该板结构信息包含的轮廓点，提取各轮廓点的位置坐标，计算轮廓点间距离得到轮廓边长度；再查找与各板结构关联的其它板结构、加强筋等，提取对应约束的相交线的两个端点的位置坐标；利用约束和轮廓点得到对应相交段的两个端点的位置坐标，并计算相交段的长度以此确定板结构对象的信息。
44.步骤s4、基于所述板结构对象的信息，应用预设的判断规则，确定需简化的板结构。
45.具体地，所述基于所述板结构对象的信息，应用预设的判断规则，确定需简化的板结构，包括：基于所述板结构对象的信息，提取所有轮廓边的长度；当存在轮廓边的长度小于第三阈值时，确定板结构为需简化的板结构；当所述所有轮廓边的长度都大于所述第三阈值时，提取所有相交段的长度；当存在相交段的长度小于第四阈值时，确定所述板结构为所述需简化的板结构；当所述所有相交段的长度都大于所述第四阈值时，提取所有约束的两个端点坐标和所有轮廓点的位置坐标；根据所述两个端点的坐标和所述位置坐标，判断所述约束是否在所述板结构内部；当所述约束在所述板结构内部时，确定所述板结构为所述需简化的板结构。其中，在提取约束的两个端点的坐标和轮廓点的位置坐标后，根据两者的相对位置判断约束是否在板结构内部以确定板结构是否为需简化的板结构。如图3所示，于本实施例中的板结构架构图。
46.在经过上述判断条件筛选后，若板结构对象的信息不符合上述条件，则确定该板结构不是需简化的板结构。
47.进一步具体地，在确定出需简化的板结构后，可以采用人工检查或借助于第三方工具的方式对需简化的板结构的正确性做进一步检查，判断筛选得到的板结构是否都需要进行简化，以检查本发明方法的正确性。
48.具体地，当检查出板结构不是需简化的板结构时，先判断出错的原因，再进一步处理，具体地，当判断出错是由于计算机或软件程序非正常运行造成时，则返回步骤s4，对该板结构重新进行识别；当判断出错是由于对板结构类别考虑不足造成时，则返回步骤s2，补充新的板结构类别划分，并重新进行识别。
49.在经过上述步骤处理后，存储得到的正确的需简化的板结构以供后续具体的结构特征简化处理。如图3所示，于本实施例中的板结构架构图为上述步骤的整体流程图。
50.如图4所示，于本实施例中，本发明的适用于有限元分析的船舶板结构简化装置包
括：
51.获取模块41，用于基于船舶的三维模型，获取船舶的板结构信息；
52.第一处理模块42，用于基于所述板结构信息，应用预设的类别划分规则，确定划分后的板结构；
53.第二处理模块43，用于基于所述划分后的板结构，应用预设的数据结构构建规则，确定板结构对象的信息；
54.确定模块44，用于基于所述板结构对象的信息，应用预设的判断规则，确定需简化的板结构。
55.本发明的存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的基于三维模型的船舶建造工程管控方法。
56.如图5所示，于本实施例中，本发明的船舶设计平台包括：处理器51及存储器52。
57.所述存储器52用于存储计算机程序。
58.所述存储器52包括：rom、ram、磁碟、u盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
59.所述处理器51与所述存储器52相连，用于执行所述存储器52存储的计算机程序，以使所述工程管控平台执行上述的基于三维模型的船舶建造工程管控方法。
60.优选地，上述的处理器51可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processing，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
61.综上所述，本发明的适用于有限元分析的船舶板结构简化方法及装置，基于船舶的三维模型，预设船舶板结构的类别划分规则、处理规则以得到简化的板结构，从而实现需简化板结构的自动识别，减轻分析人员的人工工作量；提高设计分析工作的效率和可靠性，缩短设计周期。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
62.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。