1.本发明涉及船舶结构设计技术领域，具体涉及一种大型设备基座与上层建筑的共形设计方法。
背景技术：
2.目前船舶在概念设计和方案设计阶段，会不断调整上层建筑的布置及外形，而船体结构专业须根据总体提供的布置及外形，并在此基础上进行结构设计和强度评估并反馈给总体专业，这是一个迭代的过程，会有大量的中间过程的计算分析，直到形成最终可行的方案。需要对模型进行多次修改，若采用传统建模方法，即图像界面的操作方式建立模型会使模型的修改工作十分困难，时间成本高、效率低，难以适应舰船设计初期阶段总体方案快速调整的需求；而且在后续性能计算方面，无法快速对调整方案进行力学性能计算。
技术实现要素：
3.本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种适用于船舶上层建筑共形结构的参数化设计方法，该方法针对船舶概念设计和方案设计阶段形成的上层建筑共形结构多方案，提供快速构建上层建筑共形结构的参数设计方法，并快速评估结构重量、强度、刚度、振动和雷达波隐身水平是否满足设计要求，为确定上层建筑结构的共形方案提供有效的设计方法。
4.本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
5.一种适用于船舶上层建筑共形结构的参数化设计方法，该方法包括以下步骤：
6.s1、确定上层建筑的参数，建立上层建筑结构外型几何模型：针对上层建筑几何特点归纳上层建筑重要的几何参数，利用有限元软件中的参数化设计语言，通过自下而上的参数化建模思想将上层建筑结构建立相应的外型几何模型；
7.s2、确定参数关联关系，建立上层建筑共形结构几何模型：利用有限元软件中的参数化设计语言，采用自定义变量和函数表达式的方法，先设置部分参数作为自定义变量，然后设置其他参数与自定义变量的函数关系，建立上层建筑共形结构几何模型；
8.s3、建立基于参数化的有限元模型设计程序：根据上层建筑共形结构设计模型的各组成要素，采用有限元软件中的参数化设计语言实现外载荷、边界条件、单元大小的参数化，自动建立上层建筑共形结构有限元模型，并实现结构的静力学和动力学自动化计算；
9.s4、建立后处理评估体系：通过有限元软件中的参数化设计语言保存多方案设计计算中产生的计算信息，并对这些信息进行系统的后处理，得到结构的重量、重心、体积信息以及强度、刚度、振动信息，为后续的迭代计算参数修改提供依据。
10.上述方案中，所述上层建筑共形结构包括上层建筑及设备基座，所述上层建筑的结构组成要素包括各层甲板、围壁、卷筒、竖桁、支柱和纵横结构，所述设备基座的结构组成要素包括基座面板、基座腹板和基座肘板。
11.上述方案中，步骤s1中，上层建筑重要的几何参数包括：
12.a)上层建筑各层甲板高度、长度、宽度；
13.b)各外围壁的高度、长度、宽度、倾角度数。
14.上述方案中，步骤s1中，所述上层建筑结构外型几何模型只包括整体外部轮廓，不包括结构中的开口、加强结构和共形结构。
15.上述方案中，步骤s2中，所述上层建筑共形结构几何模型包括设备基座及其下面的上层建筑模型。
16.上述方案中，步骤s2具体包括以下分步：
17.s2.1、设置开口直径d1、基座面板高度hj、基座面板厚t1、基座肘板倾角α作为自定义变量；
18.s2.2、设置基座腹板厚度t2、基座肘板厚度t3、基座肘板宽度w、卷筒厚度t4、竖桁腹板宽度a、竖桁腹板厚度t5、卷筒直径d2、基座面板外径d3与自定义变量间的函数关系；
19.s2.3、设置基座腹板内径与上层建筑卷筒直径尺寸相同；
20.s2.4、设置基座肘板直接对接上层建筑卷筒的竖桁；
21.s2.5、基座与上层建筑通过共开口及对接竖桁的连接型式，最终得到上层建筑共形结构几何模型。
22.上述方案中，步骤s3具体包括以下分步：
23.s3.1、根据各层甲板、围壁、支柱、纵横结构尺寸，编制相应的apdl命令流建立结构外型有限元模型；
24.s3.2、根据卷筒、竖桁、基座面板、基座腹板、基座肘板尺寸，编制相应的apdl命令流建立共形结构有限元模型。
25.上述方案中，步骤s4具体包括以下分步：
26.s4.1、编制apdl语言，保存所需结果数值或云图；
27.s4.2、根据得到的结果，评估是否满足设计需求，如不满足，则修改命令流中相关参数，进行再次计算。
28.本发明的有益效果在于：
29.(1)本发明针对船舶概念设计和方案设计阶段形成的上层建筑结构共形设计多方案，提供快速构建上层建筑共形结构的参数化设计方法，并能快速评估结构重量、强度、刚度、振动和雷达波隐身水平是否满足设计要求，为确定上层建筑结构的共形方案提供有效的设计方法。
30.(2)本发明通过归纳一系列参数来定义上层建筑的特征，通过改变参数数值实现多方案的上层建筑模型。
31.(3)本发明建立共形结构各参数间的关联关系，解决了上层建筑共形结构的自动更新，满足各设计阶段结构调整的需求。
32.(4)本发明建立完善的后处理评估体系，能提供多方案优化对比，并根据修改后的参数，自动完成新的设计。
33.(5)本发明参数设计方法使模型的修改变得非常容易，实现模型的快速计算，极大地减轻了有限元分析的工作量，提高了工作效率。
附图说明
34.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
35.图1是本发明适用于船舶上层建筑共形结构的参数化设计方法的流程图；
36.图2是本发明方法中上层建筑共形结构模型组成要素示意图；
37.图3是本发明方法的实施例中大型设备基座及其下面局部上层建筑结构的俯视图；
38.图4是图3的a-a方向剖视图；
39.图5是本发明方法的实施例中根据步骤s3得到的有限元模型方案1；
40.图6是图5的半剖视图；
41.图7是本发明方法的实施例中根据步骤s4得到的有限元模型方案2。
42.图中：10、上层建筑；11、甲板；12、围壁；13、卷筒；14、竖桁；15、支柱；16、纵横结构；
43.20、设备基座；21、基座面板；22、基座腹板；23、基座肘板。
具体实施方式
44.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
45.下面以某型船的上层建筑共形结构设计为例，具体说明本发明提出的一种适用于船舶上层建筑共形结构的参数化设计方法。
46.s1、确定上层建筑的参数，建立上层建筑结构外型几何模型。
47.如图3-4所示，本实施例中，确定的上层建筑结构外型重要的几何参数包括：上层建筑各层甲板高度、长度、宽度；各外围壁的高度、长度、宽度、倾角度数。
48.s2、确定参数关联关系，建立上层建筑共形结构几何模型。
49.本实施例中，设置的自定义变量包括开口直径d1、基座面板高度hj、基座面板厚t1、基座肘板倾角α；基座腹板厚度t2、基座肘板厚度t3、基座肘板宽度w、卷筒厚度t4、竖桁腹板宽度a、竖桁腹板厚度t5、卷筒直径d2、基座面板外径d3与自定义变量间的函数关系为：
50.w＝hj×
cotα
51.t2＝f1(t1)
52.t3＝f2(t1,hj)
53.t4＝f3(t1,hj)
54.t5＝f4(t4)
[0055][0056][0057]
a＝g(d1,t5)
[0058]
采用基座与上层建筑通过共开口及对接竖桁的连接型式，最终得到上层建筑共形结构几何模型。
[0059]
s3、建立基于参数化的有限元模型设计程序。
[0060]
本实施例中，本步骤自动建立的上层建筑结构有限元模型1，如图5-6所示，图5为整个模型，图6显示半个模型方便查看内部结构。
[0061]
s4、建立后处理评估体系。
[0062]
通过程序自动化建模计算分析，发现有限元模型1的刚度、强度、振动满足指标要求。但在后期的总体方案调整中考虑模型1的基座肘板外置，影响雷达波隐身性，须改为肘板内置。采用本发明通过参数调整，如参数d1、d3、a,自动建立了如图7所示的有限元模型2，并快速得到力学性能，为确定上层建筑结构共形方案提供有效结果。
[0063]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。