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CATIA软件在船舶设计中的几点应用

作者：张晓迪

来源：《今日财富》2016年第31期

摘要：以某集装箱船双层底分段为例，介绍CATIA软件在船舶设计中的三维建模、有限

元分析、焊接设计三点应用。讨论使用CATIA软件进行船舶计算机辅助设计工作的优点，为

船舶工程相关技术人员使用CATIA软件提高工作效率提供参考。

关键词：CATIA；船舶设计；三维建模；有限元分析；焊接设计

CATIA是法国达索公司出品的优秀三维软件，该软件在航天航空、汽车等一些高端技术

制造行业得到非常广泛的应用并取得非常成功的效果。近年来，该软件也开始越来越多的应用

于船舶设计之中。CATIA软件甚至专门开发了一个船舶结构详细设计模块，并将其集成在设

计系统中，遗憾的是由于该模块价格较高，我国使用范围较窄。然而，即便在缺少船舶专用模

块的情况下，CATIA的常规功能仍然可以在船舶的设计中发挥巨大的作用，本文将以某集装

箱船船底分段为例，对CATIA软件在船舶设计中的典型应用予以介绍。

一、分段三维建模

三维建模功能是CATIA软件最主要的功能，借助此功能可以将传统的船舶二维平面结构

图纸转化成三维空间结构模型。与机械零件相比，船体构件的形状相对简单，主要是钢板和轧

制型材。

图1给出了某船双层底分段的横剖面图。

从图中可以看出，该分段构件主要包括船底板、内底板、纵桁、船底纵骨、内底纵骨、实

肋板、加强筋等构件，并且各构件的二维投影轮廓也已清晰的给出。现以内底纵骨为例，说明

创建三维实体的方法。本船内底纵骨采用HP180×10，首先在AutoCAD中分离出内底纵骨的

剖面轮廓，（也可根据标准绘制该球扁钢剖面图，）保存成单独一张dwg图。退出“草图”工作

台，选择“凸台”功能，输入该骨材的长度，即可形成内底纵骨的三维实体模型，如图2。

同理可制作出其他板材、骨材的三维模型。船体平行中体处的分段，构件没有曲率变化，

全部使用“凸台”功能即可完成。当构件有曲率变化时，可以使用曲面功能实现建模。

全部构件建模完成之后，即可对分段进行装配。这里模拟船厂实际分段的装配顺序，以内

底板为基面进行反造。在CATIA中新建一装配体，点击“产品结构工具”-“现有产品”，将制作

好的内底板构件载入，通过“共面”（相合）约束各块船底板的相互位置。而后将内底纵骨调入

装配体，由于内底纵骨牌号相同，同一零件可多次调入，通过设置“共面”（相合）、偏移、接

触等约束，形成如图3所示的效果。进一步，将纵桁、肋板、船底板等构件依次调入装配体，

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分段最终装配成型，如图4所示（为更加清晰的反应内部构件结构，已将部分船底板设置成隐

藏）。

通过二维结构图生成三维结构实体，对于船舶设计尤其是生产设计有很大的帮助作用。与

二维结构图纸相比，三维图能够更加清晰的反应复杂的结构形式，更加明确的给出构件之间的

连接方式，甚至可以通过动画说明不同构件的装配顺序，从而极大提高生产设计人员和现场施

工人员对复杂结构的理解程度，提高生产设计和现场施工的效率和准确性。此外，借助

CATIA软件自身的“材料清单”功能，可以生产全部零件的零件表，借助“测量惯性”功能，可以

方便的计算各个构件的面积、重量、重心位置、惯性矩等参数，从而为整个分段重量、重心、

涂装面积等计算提供准确清晰的信息。图