一种基于三维模型的船舶有限元网格划分方法及系统与流程

本发明涉及船舶设计，具体涉及一种基于三维模型的船舶有限元网格划分方法及系统。

背景技术：

1、在船舶设计领域，结构强度的分析是确保船舶安全、可靠运行的核心环节。船舶设计过程中，涉及船体结构、管系、铁舾件等多个专业领域，需要对这些组成部分进行全面的强度分析。为补充和优化设计结果，设计师们通常需要进行大量的分析计算工作，其中有限元分析作为一种有效的数值分析方法，被广泛应用于船舶设计的各个阶段。

2、有限元分析的核心在于构建能够准确反映实际结构特性和载荷情况的有限元模型。然而，针对不同的分析对象，如船体结构、管系和铁舾件等，其分析策略和有限元网格的划分方式均有所不同。这要求设计师具备深厚的专业知识和丰富的时间经验，以确保有限元模型的准确性和可靠性。

3、目前，传统的有限元模型构建方式主要依赖于设计师的手工操作。设计师需要根据不同的分析内容，手动划分有限元网格，这一过程不仅效率低下，而且容易受到人为因素的影响，导致模型精度和可靠性的不足。随着船舶设计技术的不断发展和船舶结构复杂性的增加，传统的手工划分方式已经难以满足现代船舶设计的需求。因此，如何基于已有的三维生产设计模型，快速构建符合负荷要求的有限元模型，成为当前船舶设计领域亟待解决的重要问题。

4、为了提高仿真分析效率、模型分析精度和可靠性，本技术提供一种基于三维模型的船舶有限元网格划分方法及系统。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中有限元模型构建方式效率较低、分析的模型精度较低和可靠性较差的问题，本技术提供一种基于三维模型的船舶有限元网格划分方法及系统。该基于三维模型的船舶有限元网格划分方法通过固化船舶有限元网格划分流程，提高仿真分析效率，减少船舶有限元网格划分的人工干预，提高模型分析精度和可靠性。

2、本技术的一实施例，提供一种基于三维模型的船舶有限元网格划分方法，包括以下步骤：

3、获取船体结构模型，并将所述船体结构模型中涉及到的零件分类；

4、根据零件分类结果，设置不同的模型处理策略；

5、遍历整个所述船体结构模型的结构树，创建每个零件与其相邻零件之间的相交部分；

6、设置尺寸处理阈值，当结构细节不小于所述尺寸处理阈值时，参与网格划分；当结构细节小于所述尺寸处理阈值时，不参与网格划分；

7、设置网格尺寸，遍历所述船体结构模型的结构树，依次对每个所述零件划分网格。

8、作为一种实施方式，将所述船体结构模型中涉及到的零件分类，具体包括：根据所述船体结构模型的零件的特点，以及结合有限元分析要求，分为梁型结构、板型结构、实体性结构。

9、作为一种实施方式，所述梁型结构的判断方法为，零件的某一个方向的尺寸不小于其余两个方向的尺寸的5倍；

10、所述板型结构的判断方法为，零件的某两个方向的尺寸均不小于另一方向的尺寸的5倍；

11、所述实体性结构的判断方法为，当判断零件不是梁型结构和板型结构时，其余类型的零件均设为实体性结构。

12、作为一种实施方式，所述梁型结构包括船体结构中的t型材、球扁钢、以及舾装件；

13、所述板型结构包括船体外板、基座板、大尺寸管路；

14、所述实体性结构包括大型设备。

15、作为一种实施方式，根据零件分类结果，设置不同的模型处理策略，其中，零件分类包括梁型结构、板型结构、实体性结构；

16、所述梁型结构的处理策略包括：创建并获取所述梁型结构的理论面与连接板处的交线，所述交线为后续梁型结构的网格划分载体；梁型结构的单元形式为梁单元，获取所述梁型结构的截面尺寸及材质，作为属性赋予所述梁单元；

17、所述板型结构的处理策略包括：获取所述板型结构的中性面的轮廓尺寸，所述中性面为后续板型结构的网格划分载体；板型结构的单元形式为板壳单元，获取所述板型结构的厚度及材质，作为属性赋予所述板壳单元；

18、所述实体性结构的处理策略包括：后续直接在所述实体性结构的模型上划分网格；所述实体性结构的单元形式为实体单元，获取所述实体性结构的材质，作为属性赋予所述实体单元。

19、作为一种实施方式，所述遍历整个所述船体结构模型的结构树，包括：遍历的顺序为根据所述船体结构模型的结构树依次往下遍历，设置相交阈值，每遍历一个零件，根据所述相交阈值判断遍历的零件是否与其他零件相交，若存在相交的零件，则创建两者的相交点、相交线、或者相交面。

20、作为一种实施方式，所述遍历整个所述船体结构模型的结构树，创建每个零件与其相邻零件之间的相交部分时，根据零件分类，梁型结构和板型结构由原来的三维模型退化为二维模型或者一维模型，需进行模型修复处理；

21、梁型结构的模型修复处理包括：所述梁型结构的网格划分载体为一根线，将与所述梁型结构相连的其余零件延伸，延伸至所述梁型结构与附属板的交线处；

22、板型结构的模型修复处理包括：所述板型结构的网格划分载体为平面，将与所述板型结构的外边面连接的其余零件延伸，延伸至所述板型结构的中性面处。

23、作为一种实施方式，所述结构细节包括开孔结构、小型零件和自由边；

24、设置孔径阈值，如果所述开孔结构的尺寸不小于所述孔径阈值，网格划分时，所述开孔结构的边界为网格划分的硬线；如果所述开孔结构的尺寸小于所述孔径阈值，所述开孔结构不参与网格划分，所述开孔结构所在的板参与网格划分；

25、设置面积阈值，如果所述小型零件的面积不小于所述面积阈值，网格划分时，考虑所述小型零件与周边零件的链接关系并划分网格；如果所述小型零件的面积小于所述面积阈值，所述小型零件不参与网格划分；

26、设置长度阈值，如果所述自由边的尺寸不小于所述长度阈值，所述自由边参与网格划分；如果所述自由边的尺寸小于所述长度阈值，所述自由边不参与网格划分。

27、作为一种实施方式，依次对每个所述零件划分网格，包括：

28、根据所述船体结构模型的结构树依次往下遍历，每遍历一个零件，通过判断设置的网格划分策略、网格划分阈值，依次划分网格；

29、当某一个零件网格划分失败时，跳过所述零件，继续对后续零件进行网格划分。

30、本技术的另一实施例，提供一种基于三维模型的船舶有限元网格划分系统，包括：

31、零件分类模块，用于获取船体结构模型，并将所述船体结构模型中涉及到的零件分类；

32、相交部分创建模块，用于根据零件分类结果，设置不同的模型处理策略，遍历整个所述船体结构模型的结构树，创建每个零件与其相邻零件之间的相交部分；

33、网格划分模块，用于设置尺寸处理阈值和设置网格尺寸，遍历所述船体结构模型的结构树，依次对每个所述零件划分网格。

34、如上所述，本技术的基于三维模型的船舶有限元网格划分方法及系统，具有以下有益效果：

35、本技术的基于三维模型的船舶有限元网格划分方法及系统，通过固化船舶有限元网格划分流程，提高仿真分析效率；减少船舶有限元网格划分的人工干预，提高船体结构模型分析的精度和可靠性。