西门子基于NX平台的船舶结构有限元快速建模系统.pdf
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2018/6/5
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基于NX平台的船舶结构有限元快速
建模系统COMPASS-3D FEM
中国船级社研发中心
王丽荣
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1. COMPASS-3D 系统简介
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在“中国制造2025”、“工业4.0”时代背景下，基于3D数字化模型的船舶设
计、检验和制造是船舶工业近几年的重要研究方向之一。中国船级社立足于智能审
图和智能检验技术的发展，开发了基于船舶3D模型的新一代工程计算软件系统
COMPASS-3D。
该系统采用标准化、模块化、集成化和智能化的理念，在Siemens NX平台上
，基于NX的CAD/CAE设计分析一体化的优势，实现了船舶专用三维几何参数化快
速建模（Compass 3D GEOM） ，几何模型向有限元模型的快速转化（ Compass
3D FEM），3D模型用于船舶性能计算（Compass 3D 性能）、规范计算（
Compass 3D SDP）和直接计算（Compas s 3D DSA）。可大幅提高用户建模效率
，缩短设计和审图周期。
1. COMPASS-3D 系统简介
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2. COMPASS-3D FEM 主要功能
Compass 3D FEM系统针对船舶结构和有限元建模特点
，实现了由三维几何模型快速生成满足船舶直接计算规则
要求的有限元模型。其建模流程如下图所示：
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2. 1模型快速预处理
为满足船舶结构有限元网格划分规则的要求，提供了对
船舶几何模型的自动预处理功能。包括：
板的简化：
肘板趾端终止点放置到支撑结构处；
自动搜索并删除不需要划分网格的小板；
孔的简化：
自动搜索并删除小孔；
按要求将腰圆孔和圆角矩形孔批量等效为方形孔；
加强筋端部自动连接处理；
板架离散
删除小孔示意图
板趾端简化
腰圆孔等效示意图
加强筋调整示意图
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2. 2网格自动划分
满足船舶结构有限元模型规则要求的网格自动划分
根据规范对船舶结构有限元尺寸的规则要求，自动划分有限元网格。
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2. 3结构属性自动施加
CAD模
型厚度
云图
有限元
模型厚
度云图
准确地将结构模型的板和加强筋的属性自动施加到有限单元
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2. 4灵活的网格编辑方法
• 消除短边：自动搜索并消除短边，提高网格质量。
• 节点线型对齐。
• 节点正交对齐。
• 根据2D单元边批量创建1D单元。
• 选择相连的节点批量创建1D单元。
• 拆分1D单元: 自动搜索1D单元边附近的节点，对1D单元进行拆分。
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2. 5丰富的网格质量检查工具
• 孤立节点检查
• 单元面积检查。搜索模型中面积小于等于设定阈值的2D单元。
• 单元匹配检查。检查1D单元和2D单元的匹配性。
• 共边重叠2D单元检查。
• 单元舱室关联检查。
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2. 6模型管理
• 结构树
采用结构树对有限元模型进行分层次管理；
由CAD几何模型生成的有限元单元自动关联结构树
通过结构树对模型进行显隐控制，操作便捷。
• 舱室树
舱室自动识别
舱室合并
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3实船建模情况
全船有限元模型（含178516个2D单元
，114616个1D单元）
某散货船全船三维几何模型（含2098
个板架，25688根加强筋）
共耗人工时1人月。
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4 应用
本系统建立的船舶结构有限元模型，已经应用于散货船和油船共同规范
的结构强度直接计算分析系统（Compass 3D DSA）。
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