5 - 2005

Численные методы для задач судостроения в системе CATIA V5

А.А.Бубнов, П.С.Голдовский, Е.В.Решетько

Решения по управлению жизненным циклом сложных технических изделий, предлагаемые всемирно известными компаниями Dassault Systemes и IBM, включают набор специально предназначенных для судостроения модулей САПР CATIA V5.

Определение основных палуб и переборок корпуса, подготовка чертежей общего расположения судна выполняются в модуле CATIA Structure Preliminary Layout, который позволяет создать основу структуры данных для проектирования корпусных металлоконструкций.

Модуль CATIA Compartment and Access используется для определения геометрии судовых помещений и отсеков и служит также для того, чтобы задать представление таких межотсечных (переходных) конструкций, как двери, люки, иллюминаторы и пр.

CATIA V5 состоит из двух специализированных модулей проектирования судовых корпусных металлоконструкций: Structure Functional Design — для определения главных несущих элементов корпуса и Ship Structure Detail Design — для детальной проработки элементов судового набора. Последний из указанных модулей предназначен для рабочего проектирования и включает такие функции, как моделирование локальных ребер жесткости, подкреплений и бракет, вырезов для пересекающихся связей, конструктивное оформление узлов соединения элементов набора, листов судовой обшивки, а также подготовку под сварку и покраску.

Однако мощный набор технических средств CATIA V5 позволяет пользователям осуществлять решение судостроительных задач не только на базе указанных специализированных модулей, но и путем реализации численных алгоритмов через встроенные возможности накопления знаний и оптимизации.

В качестве примера рассмотрим использование одного из продуктов CATIA V5 Knowledgeware — модуля Product Engineering Optimizer, предназначенного для решения задачи статической постановки судна на воду. Представим эту классическую задачу в интерпретации итерационного расчета условия статического равновесия масштабного электронно-цифрового макета, показанного на рис. 1.

Рис. 1

Рис. 1

В качестве целевой функции оптимизационной задачи принимается нулевое значение разности абсцисс центра массы и центра величины, отмеченных на рисунке соответственно красной и зеленой точками. Условием связи оптимизационной задачи является заданное водоизмещение в параметре Volume.1 = 559 см3 (с учетом масштабного коэффициента).

Управляющими параметрами оптимизации назначаем высоту положения плоскости ватерлинии ПВЛ и угол наклона последней к основной плоскости. Начальные значения управляющих параметров — произвольные. На рис. 2 в панели оптимизации активна строка задания пределов и шага изменения параметра угла наклона ПВЛ, а в первой строке заданы значения пределов и шага изменения высоты ПВЛ (соответственно –10, 10 и 1 мм) при ненулевом начальном значении целевой функции (Target Value), равном 36 мм.

Рис. 2

 

Оптимизация по целевой функции в модуле Product Engineering Optimizer может выполняться с выбором вариантов оптимизационного алгоритма, которые отличаются точностью и продолжительностью расчета. Несколько базовых алгоритмов поставляются вместе с кодами приложения, и есть возможность использования внешнего пользовательского алгоритма. При определении оптимизации задаются также максимально допустимое число итераций, ограничение на число итераций без улучшения и ограничение оптимизации по времени. На рис. 3 показано отображение состояния итерационного процесса с текущими значениями целевой функции, числа итераций и времени расчета.

Рис. 3

В результате оптимизационного расчета получаем положение плоскости ватерлинии, соответствующее условию статического равновесия корпуса судна на воде (при этом автоматически рассчитываются геометрические характеристики площади ВЛ и объема погруженной части корпуса). Полученные величины, в свою очередь, могут быть использованы для дальнейших расчетов статики и динамики с применением инструментария CATIA V5 Knowledgeware — путем внедрения в 3D-моделирование формульных и логических зависимостей, формирования правил взаимосвязи параметров проектирования, контрольных и оптимизационных процедур. Поскольку CATIA-модель судового корпуса содержит исчерпывающую геометрическую информацию, то использование указанных инструментов позволяет, в частности, достаточно просто реализовать алгоритмы расчетов статической устойчивости и непотопляемости.

«САПР и графика» 5'2005