基于SolidWorks的船舶风帆虚拟装配模拟

    风帆是最早应用于船舶的动力工具。然而随着科技的进步，蒸汽机和内燃机相继出现，取代了风帆的地位。近年来，随着石油危机日益严重，以及人类对环境污染的担忧，把风帆作为辅助动力再一次得到船舶工作者的重视。近几年来，内河安装辅助风帆的船舶数量正在不断增加，远洋运输的船舶也开始向风力助航方向发展。在船舶风帆的设计阶段，风帆的可靠性与安装方式都是需要考虑的问题。在装配初期，如果没有数字化装配的验证手段，那么在实际装配时会经常出现零部件之间，或者零部件与船体之间相互干涉的情况。因而可能会造成风帆装配质量不稳定，严重影响风帆的实际应用，同时导致资源浪费。本文提出一种基于的船舶风帆的虚拟装配和运动仿真，用虚拟装配技术解决这一问题。

1 船体的三维建模

    因为进行船用风帆的虚拟实现及运动仿真是以船舶、风帆及其零部件的三维实体模型为基础的。所以在进行船舶风帆的虚拟实现与运动仿真之前，先要进行船体的建模。是一种三维设计软件，是基于Windows操作系统的设计软件，它具有高效简单地实现复杂三维零件实体造型的功能。

    船体是一种形状复杂的、不规则的实体模型，所以本文进行船体建模是应用曲面建模的方式。首先构造曲线（组合曲线，功过参考点曲线等），之后构造曲面（拉伸，放样等），最后对曲面进行编辑（填充曲面，剪裁曲面等）。通过这样一系列操作完成船体建模，如图1所示。

    图1 船体建模

    船体编辑好后，需要进行甲板以上的驾驶台、烟囱、雷达天线等船舶设备的建模。由于驾驶台分为几层，而且各层有不同的装置，所以先构建基准面，之后通过实体编辑进行建模，如图2所示。

    图2 船舶建模

2 风帆建模

    已设计好的风帆实体结构并不复杂，所以可以直接运用实体建模的方式进行造型。利用的基础特征（拉伸，旋转）、编辑特征（圆角、倒角）以及阵列等三维实体造型工具，创建出所需要的风帆的零件实体。通过草图的几何约束及尺寸约束的功能，创建出符合船舶比例的精确零件造型，如图3所示。

    图3 风帆零部件

3 风帆与船体组合的装配体

    建立好风帆与船体的三维模型之后，需要把它们组合进行装配体的建立。在中装配体可以生成由许多零部件所组成的复杂装配体，这些零部件可以是零件或者其他装配体，被称为子装配体。设计装配体有两种方式，自下而上设计装配体和自上而下设计装配体。自下而上的设计法是一种比较传统的方法，它一般是先设计并构造零件，然后将其插入到装配体中，接着根据设计要求配合零部件，将其装配起来。因为零部件为独立设计的，对于一般相互结构关系比较简单的机械设计，这种方法比较清楚，也很实用。自上向下的设计方法是在装配体中边生成零件边配合零件来生成装配体，零部件的形状、大小及位置可以在装配体中进行设计，可以使用一个零件的几何体来帮助定义另一个零件或生成组装零件后才添加加工特征，对于装配关系复杂的零部件设计比较适用。