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一、建立有限元模型
与
ANSYS
经典版相比，
WORKBENCH
的操作界面更加美观，建模
、分析
的过程更加智能化，
更容易上手。
但作为一个专注于有限元分析的软件，
其日渐
强大的建模模块
(Geometry)
对建立复杂的船体曲面仍显得力不从心。
因此需要在
其他建模软件
(
笔者使用了
SolidWorks)
中建立船体实体模型后导入
WORKBENCH
中，完成随后的建模和分析工作。
鉴于实体单元在计算中消耗
过多的内存和计算时间，本文采用概念建模
(Concept)
的方法将船体板定义为无厚度的壳体
(SurfaceBody)
，
将船体骨架定义为
线体
(Line
Body)
，壳体和线体划分的网格类似于经典版的壳单元
(S
hell)
和梁单元
(Beam)
。<
/p>
1.
导入实体模型
可采用多种方法导入，如直接将模
型文件拖入
WORKBENCH
的
Pr
ojectSchematic(
项目概图
)
< br>窗口，如图
1
所示。还可双击启动
Geometry
模块后，
在其
Fi
le
菜单中选择导入命令，导入后的模型如图
2
所示。
模型已冻结，分为船体和上层建筑两部分，船
首指向
X
轴正向，船体上方指
向
Z
轴正向。坐标原点位于船体基平面、中站面和中线面的交点处。
图
2
导入后
的模型
2.
生成舷墙
(1)
在
中纵剖面
(ZXPlane)
建立草图
(NewSketch)
，进入绘制草图模式。点击
“Tree
Outline”→“Sketching”
，沿甲板边线位置绘制一条曲线。返回模型
模式，点
击
“Sketching”→“Modeling”→
“Extrude”
，生成一个
SurfaceBody
。
(2)
沿甲板将船体分开，点击
“Create”→“Slice”
，在
“
DetailView”
窗口
“SliceType”
选项中选择
“SlicebySurface”
项，
“TargetFace”
选择上一步生成的
SurfaceBody
，
“Slice Targ
ets”
选项中选
“SelectedBodies”
，
点选船体结构
→“Apply”→“Gene
rate”
，
原来的船体分
成两部分，
上面是舷墙部分，下面是船舱部分，如图
3
所示。
< br>图
3
船体分为两部分
这时生成的
SurfaceBody
已完成历史使命，
可将其抑制
(Suppress)
掉了。
注意
不是把拉伸操作
Extrude1
、而是生成的面
SurfaceBody
抑制掉。
(3)
生
成舷墙：选择
(2)
中生成的舷墙部分进行抽壳，点击
“Thin”→“Surface”
，
在
“DetailView”
窗口
“Selec
tion Type”
选项中，
选择
“
FacetoKeep”
项，
保留舷墙部分，
< br>设置厚度为
0
，然后点选
“
生成
”
。
3.
生成船体外表面
本文使用的船舶钢板厚度都是一样
的，
可将上层建筑与船体一起定义。
倘若
船体各处钢板厚度不同，计算过程中可分别定义各钢板的厚度。
(1)
布
尔并运算：
点击
“Create”→“Boolean”
，
在
“DetailView”
窗口
Operation
选
项中选择
Unite
项，
“Tool
Bodies”
选择上层建筑生成的船舱部分，然后点选
“
生
成
”
。
(2)
生成船体表面：选中
(1)
中生成的体，然后抽
壳，保留全部外表面，厚度
设置为
0
。
抽壳后将在图
4
所示的蓝色区域内产生甲板大开口状，需要补上
去。
(3)
补全甲板：点击
“Concept”→“Surfaces From Edges”
，
选中图
4
所示蓝色线
条位置处的
4
条边，然后生成
1
个面。
图
4
抽壳后甲板位置有开口
4.
在船体骨架位置处生成边
船体是一个板架结构，
除了钢板之外还应该有骨架。
有限元模型中骨架必须
位于船体板上，
以免计算时骨架与板分离造成计算结果错误。
为了保证模型的骨
架位于船体板上，需要在船体板上添加边
(e
dges)
，以便在边上生成骨材
(LineBody)
。
(1)
解冻：点击
“Tools”→“Unfre
eze”
，选择上面生成的船体表面，解冻后如图
5
所示。本文采用印痕操作
(Imprint)
在船
体板上添加边，只有非冻结体才能执行
该操作。
图
5
解冻后的船体表面
(2)
印痕：本文采用拉伸命令
(Extrude)
生成印痕，所以先在中纵剖面
(ZXPlane)
建立草图
(New Sketch)
，在肋骨位置上绘制一
组直线，如图
6
所示。然后
“
拉伸
”
，
在
“DetailView”
窗口
Operatio
n
选项中选择
“ImprintFaces”
< br>项，
Direction
项选择
“Both
-Symmetr
ic”
，
Extent
选项选择
“Throug
hAll”
，然后
“
生成
”
。原来光滑的船体
表面将出现许多线条，如图
7
所示。
图
6
在肋骨位置绘制直线
< br>
图
7
印痕后的船体表面
(3)
与
(2)
的操作相
似，在基平面
(XYPlane)
建立草图
(NewSketch)
，沿甲板纵桁
位置和龙骨位置绘制
直线，完成拉伸和印痕操作。在中纵剖面
(ZXPlane)
建
立草
图
(NewSketch)
，沿舷
侧纵桁位置绘制直线，完成拉伸和印痕操作。最终在船体
表面生成纵横交错的网格线，<
/p>
如图
8
所示。
注
意：
要等到所需的印痕操作全部完
成后再添加
< br>Line Body
，否则后面的印痕操作可能造成之前添加的
Line
Body
脱
离船体表面。
图
8
印痕后的船体表面
(4)
冻结船体，
解冻上面补充的甲板面。
如图
9
所示，
这里之所以要轮
换冻结、
解冻不同的面，
是因为多个非冻结体会自动执行布尔并
运算。
倘若布尔运算结果
不符合
WOR
KBENCH
的要求，模型将出现错误而无法继续建模。
图
9
印痕后的甲板面
5.
生成舱壁
(1)
生成首尖舱舱壁：点击
“Concept”→“Sur
faces From Edges”
，选中图
10
中围
成首尖舱的各条边
(edges)
，然后点选
“
生成
”
。
图
10
生成首尖舱舱壁
(2)
生成其他横舱壁：与
(1)
中操作类似，选择围成舱壁所需的边，一一生成其
余各横舱壁。各横舱壁生成后如图
11
所示。
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