摘要：对船体结构进行CAE分析时，由于其复杂性，建模过程非常繁琐，效率极低且易出错.寻求一种快速的船舶有限元建模方法一直是船舶设计工作者努力的课题.介绍一种基于Patran的船体建模方法，使用参数化批处理操作，大大缩短建模时间，提高建模效率.
关键词：Patran； 船体建模； 参数化
中图分类号：U663.2文献标志码：B
0引言
在船舶结构设计中，以有限元为核心的CAE技术越来越受到重视，各种各样的仿真方法和仿真工具正逐步得到应用.CAE技术已成为船舶结构设计中不可或缺的有力工具，是解决大量工程优化问题的基础.为适应船舶工业的迅速发展，解决实际工程问题，迫切需要开展CAE在船舶结构设计中的应用和开发.[1]
在进行船体结构有限元分析时，首要任务之一是建立船体结构有限元模型.由于船体结构的复杂性，目前，船体结构有限元建模绝大部分还都是采用手工方法进行，即先在船体结构的二维图纸上量取船体结构的位置坐标，然后输入到Patran和ANSYS等有限元软件中，建立节点和单元，然后给单元赋予属性[2-3].由于船体结构数据量大，手动操作过程非常繁琐，耗时耗力，效率极低且容易出错，大大影响船体结构有限元分析工作的效率.据统计，船体有限元模型的建立占据整个分析计算超过70%的时间[4]，因此，寻求一种方便、快捷的船体结构有限元建模方法具有重要意义.
1船体结构特点
船体结构本身是由壳板和型材等元件组成的组合体，多数船体外板结构形状均为复杂的自由曲面，它们通过型值表和船体型线图表示.船体结构一般为板梁组合结构，只是各部位板的厚度不同、各肋位与纵骨位置处构件的规格不同.[5]船体外板的复杂性给船体的有限元建模带来一定难度，同时，船体结构的上述规律给建模带来方便，本文从这些特点出发，引出一种实用的船体有限元建模方法.
2Patran特征描述
在船舶结构分析领域，通用的有限元分析计算软件有Patran，MSC Nastran和ANSYS等.其中，Patran因其实用性、完全的分析集成和用户化技术等突出特点，被绝大多数船舶设计单位和船厂采用，且最受船级社认可.[6]
Patran是集工程设计、工程分析、结果评估、客户化和交互图形等于一身的完整的CAE集成环境，是世界公认的一流有限元前、后处理器.在运用Patran进行分析计算时，其操作过程均被记录在一个后缀为.session.##（##表示01，02，…）的文件中.session文件类似于ANSYS中的命令流，能以批处理方式重新运行，包括有限元模型建立、网格划分和边界条件设置等，而且可重复读取、多次运行，批处理过程不需要用户干预，整个过程准确、可靠，具有通用性.对于同一船舶模型的修改或是不同船舶的建模，只需在session文件中稍加修改即可，然后提交给Patran重新运行，避免许多不必要的重复操作，大大降低设计人员的工作强度.[7]
4结束语
探索一种快速建立船体有限元模型的方法，充分利用Patran的优势，基于session的参数化批处理操作，适用于任意船体，可以在一定程度上提高船舶结构有限元建模的效率.实践表明，该方法具有一定的实用价值.
参考文献：
[1]李毅. 船舶板架结构四边形有限元网格自动生成技术研究[D]. 上海： 上海交通大学， 2009.
[2]吴广明. CAE在船舶结构设计中的应用及展望[J]. 中国舰船研究， 2007， 2（6）： 30-34.
[3]李平书， 严家文，任鸿. 船舶结构有限元模型快速生成研究[J]. 船舶， 2007（8）： 52-55.
[4]王有智. CAE技术的过去、现在与未来[J]. 计算机辅助设计与制造， 1998（12）： 8-11.
[5]于雁云， 林焰. 基于参数化表达的船舶结构有限元分析方法[J]. 船舶力学， 2008， 12（1）： 74-79.
[6]王小宁， 崔志敏. MSC对船舶和海洋工程CAE仿真解决方案[J]. 中国造船， 2000， 41（1）： 82-86.
[7]刘寰. 用Patran进行参数化设计与分析[J]. 计算机辅助设计与制造， 2001（5）： 85-88.
[8]陈军， 崔汉国， 刘建. 复杂船体曲面NURBS造型技术的研究与实现[J]. 计算机工程， 2005， 31（1）： 201-202.（编辑陈锋杰）
