本接口方案, 由 CAD 输出的文件, 将实现向 T ECPLO T (流行的后处理软件) 和 FLU EN T 两个 方向的转换。前一转换所得的一个文件, 可为 T EC2 PLO T 接受, 实现在 T ECPLO T 窗口中观察曲面定 义的情况。 经后一转换, 将得到一组文件, 文件个数 与曲面分块数相同, 即一个分块曲面对应一个文件。 这组文件中数据的排列符合 FLU EN T 软件的要 求。这一组文件由 FLU EN T 读入后, 即可进一步蒙 成曲面。
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2004 年 12 月 第6期
船 舶 SH IP & BOA T
D ecem ber, 2004 NO. 6
在保证曲面光顺之下确定, 或由 CAD 软件确定, 部 分量系通过人机交互指定。因此存在因人而异、因不
同软件而异的不确定性和品质的差异, 尽管这种差 异在工程观点说来, 尚可接受。 1. 3 船舶 CAD 软件的状况
形成 CFD 面向船舶设计的快速响应能力, 因而具有重要实际意义。本文介绍了本所自主开发的船舶型线生成光顺 系统 SL IN E 与计算流体力学软件 FLU EN T 的数据接口实现及应用情况。
[ 中图分类号 ]T P274 [ 文献标识码 ]A [ 文章编号 ]100129855 (2004) 0620043204
和修改光顺功能, 可通过母型变换产生符合性能要 求的新船型线。型线采用三次非均匀B 样条作数学 描述。详细内容可见由严家文研究员编写的《SL IN E 简介》一文。
SL IN E 目前实现了 2. 2 节所述功能, 这也是我 们首选该软件实现与 FLU EN T 接口的原因。
并且, SL IN E 还能对分块上点的分布, 通过屏 幕上对自动均匀分布的点用鼠标拖动, 实现非均匀 的、人工指定的分布。此外, SL IN E 还能在船体表面 上随意添加辅助曲线, 以作为分块子区域的边界 线, 从而大大提高了部分区域的灵活性。 3. 2 目前专门协议下的接口方案和文件转换
① [ 收稿日期 ]2004- 9- 3 [ 作者简介 ]蔡荣泉 (1944- ) , 男, 汉族, 研究员, 博士生导师, 从事船舶计算流体力学研究工作。
严家文 (1954- ) , 男, 汉族, 研究员, 从事船舶CAD 研究工作。 王金宝 (1969- ) , 男, 汉族, 高工, 从事船舶流体力学研究工作。 冯学梅 (1976- ) , 女, 汉族, 博士, 从事船舶流体力学研究工作。
总的来说, 一般制造行业的 CAD 软件主要针 对机械设计开发, 并不直接适应船舶行业的应用。特 别是船舶型线设计更有其独特的功能、性能要求。因
此, 一些船舶设计研究单位或完全自主开发或在通 用 CAD 软件平台上二次开发线型设计系统, 较著 名的有芬兰的 NA PA 、瑞典的 TR IBON 等专业软 件。 本所目前主要应用的线型设计是本所自主开发
2. 3 直接接口方案与间接接口方案 CAD 软件与 CFD 软件的接口, 实际上是实现
数据文件的交接。 原则上, 可以是直接的交接, 即 CAD 软件的输出文件直接作为 CFD 软件的输入文 件, 此时, CAD 软件的输出文件需符合 CFD 软件的 协议要求。 实际上, 也可以是间接的交接, 即 CAD 软件的输出文件, 经一定的转换, 再作为 CFD 软件 的输入, 此时 CAD 软件输出文件中数据的排列, 可 按其他的协议实现。
1 实现 CAD 与 CFD 软件数据接口的 必要性
1. 1 高品质且快捷地定义船体曲面的重要性 CFD 计算在应用 CFD 商用软件情况下, 前处
理工作占用了相当比例的工时。 商用软件所提供的 功能虽使空间网格的生成以及工作量相对下降, 但 是对象物体曲面的定义、所需花费的工时及对计算 工作的品质影响, 又显得突出。 特别对一些复杂曲 面, 如船舶、汽车等的外表面, 能否高品质且快捷地 定义其表面, 成为整个计算工作的瓶颈。 1. 2 船体曲面复杂性
实现两个转换, 系借助于用 FO R TRAN 语言编 写的程序。
3. 3 通 用 数 据 格 式 IGES 下 的 SL INE 软 件 与 FL UENT 软件接口
除此之外, 通用数据格式 IGES 实际上也是一 套有关曲面定义的协议规则。 目前, 船舶型线生成 光顺系统 SL IN E 与计算流体力学软件 FLU EN T 之间, 还能实现采用 IGES 格式文件的直接交接。
The rea l iza tion of in terface between da ta from sh ip l ines fa ir ing
system SL INE and from cacula ted hydrodynam ic sof tware FL UENT
Ca i Ro ngquan Yan J iaw en W ang J inbao F eng X uem e i
因此, 建立本所自主开发的船舶 CAD 专用软 件与 CFD 软件的接口, 是一项相当有意义的工作。
本文介绍船舶型线生成光顺系统 SL IN E 与计 算流体力学软件 FLU EN T 的数据接口实现。
说, 甚为必要。 要求每块上拟予输出的点, 呈结构化分布排列。
即每一分块上, 拟予输出的点均可以两个参数 i、j 编号, 1≤i≤N i, 1≤j ≤N j , 形成行与列的排列形式, 沿这两个指数方向, 点一般呈均匀分布。沿这两个指 数方向, 要求每一分块上的 N i、N j 均可任意确定。 对这些点要求输出其 x、y、z 坐标。
也即, 本所目前已经具备了两种 SL IN E 软件与 FLU EN T 软件的数据接口方法。
实现船舶型线生成光顺系统 SL IN E 与计算流体力 学软件 FLU EN T 的数据接口, SL IN E 将光顺的船 体曲面提交给 FLU EN T , 使流动计算的品质得到保 证。一些复杂的流动现象, 如涡的出现、局部分离等, 清晰可见。
Keywords: Sh ip m ou lded lines fa iring system ; CAD; CFD ; da ta in terface Abstract: T he in terface rea liza t ion of sp ecia l sh ip CAD softw a re and ca lcu la ted hyd rodynam ic (CFD ) soft2 w a re is help fu l to so lve the bo t t leneck of the w ho le hyd rodynam ic ca lcu la t ion, and fo rm the sh ip design qu ick respon se ab ility. T h is p ap er in t roduces the da ta in terface rea liza t ion and app lica t ion of SL IN E a sh ip m ou lded lines fa iring system and FLU EN T a ca lcu la ted hyd rodynam ic softw a re develop ed by M A R IC.
年 12 月 第6期
船 舶 SH IP & BOA T
D ecem ber, 2004 NO. 6
[ 计算机应用 CAD ]
船舶型线生成光顺系统 SL IN E 与 计算流体力学软件 FLU EN T 的数据接口实现①
蔡荣泉 严家文 王金宝 冯学梅
(708 研究所 上海 200011)
[ 关键词 ]船舶型线光顺系统; CAD; CFD; 数据接口 [ 摘 要 ]实现船舶 CAD 专用软件与计算流体力学 (CFD ) 软件的接口, 有利于化解整个流动计算工作的瓶颈,
船体曲面通常由型值表定义。 型值表对船体曲 面的定义, 采用如下形式, 即
y = y (x , z ) x = i∃x 0 ≤ i ≤ 20 z = k ∃z 0 ≤ k < 10
辅以
z = z (x , y )
x = i∃x y = j ∃y 1 ≤ j ≤ 3 一般, j、k 均为正整数。i 通常也为整数, 但有时 也扩展为以 2i 或 4i 为整数。 ∃x、∃y、∃z 按习惯确 定。x、y、z 分别为纵、横、垂直坐标, 原点在船艏底部 或船艉底部或船舯底部。 船体曲面的特点是: 轮廓形状复杂; 曲面内部 一般包括部分平面。由此, 一些剖面曲线由直线与曲 线组成, 同时, 部分剖面曲线凹凸相间。 这些均使得 这些剖面线存在切点甚至折点, 整个曲面存在折线。 而型值表相对稀疏, 以此定义如此复杂的曲面, 并不充分, 因而使得轮廓线 (曲面边界线) 信息缺乏, 直线段与曲线段交截信息也不完备。 这些缺乏的信息, 在由型值表确定曲面的过程 中, 一般由试验室或船厂人员借助于船型设计图纸,
CFD 要求输入的曲面定义, 是一个点集, 其中 每个点都处在此曲面上。 要求点集中包含足够多的 点, 使由之蒙成的曲面, 能较真实地还原船型。也即, 由此点集生成的曲面, 具有确切的轮廓边界, 保留具 有特征意义的折线、折点, 保留原有的局部平面, 原 有的曲面部分保持足够的光顺, 平面与曲面保持顺 畅、自然的连接和过渡 (见图 1)。 2. 2 对 CAD 面向 CFD 的输出功能的要求
的 SL IN E 系统和NU BL IN E 系统软件。 1. 4 CFD 与 CAD 软件接口的状况
目前通用 CFD 软件如 FLU EN T 等, 由于接受 IGES、ST EP 等通用数据格式, 均已提 供 与 流 行 CAD 软件如 p ro 2E 等的接口, 与 NA PA 等船舶专 用 CAD 软 件 也 能 实 现 连 接。 而 SL IN E 系 统 和 NU BL IN E 系统软件在结果输出方面, 所提供的数 据均不能直接被 CFD 软件输入应用。