船舶结构强度虚拟测试技术研究

摘 要：随着计算机技术在不断的发展，船舶结构强度虚拟测试技术主要是指虚拟测试技术相结合现有的船舶强度计算发展而来的综合技术，在计算机技术的应用下，运用了仿真技术，模拟船舶在海洋中航行的各种实际情况，使用三维结构的动态响应，进一步检测了船舶的结构强度，为推进我国船舶结构的设计与技术的改进提供了仿真的技术手段。

关键词：船舶；结构强度；仿真；模拟测试

虚拟测试技术在普遍的应用，逐渐的涉及到各个制造领域，在航空航天、船舶、汽车等大规模复杂系统的研发与制造中，该技术已经作为重要的部分，本文主要研究了在船舶结构强度中，虚拟测试技术在使用中其优势表现在：节省了经费、缩短了研制的周期、完善了产品的质量，提高了在船舶制造业的技术使用。在使用中首先进行虚拟研制评估，然后确定具体的方案，提出合理的设计方法。该技术的使用大大的节省了时间和空间，在系统的应用下，对虚拟环境下船舶原型进行综合的论证，然后采用先进的技术结构化、模块化的建立了数字模型，能够实现在动态控制中，对虚拟环境下船舶仿真技术的进一步研究。

一、船舶结构强度虚拟测试技术

船舶结构强度虚拟测试技术主要包含虚拟海洋环境，虚拟样船模型，测试过程模拟，测试结果自动处理和虚拟测试结果直观显示的几个方面。在船舶的研究中，其主要是在水中航行具有六自由度运动的物体，它在航行的过程中受到风浪、砰击，振动以及复杂的海洋环境影响，因此在造船技术中，需要进一步满足海洋环境的使用，这就需要采用先进的技术，以实船为原型，最大限度的模拟船舶航行的具体情况，在先进的技术应用下，建立直观、高效、扩展性的船舶虚拟测试系统。为加强我国船舶结构强度虚拟测试技术提供有效的保障。

二、虚拟测试环境下的可视化方法

虚拟测试环境下，为了进一步提高模拟船舶在海洋中的航行情况，这就需要在船舶结构强度中提供该系统的支持结构，在设计中需要对虚拟海洋环境、虚拟测试对象、虚拟测试过程以及测试的结果进行科学的可视化技术建模分析，本文主要采用的是3D可视化技术，详细的研究了海洋虚拟样船，虚拟航太的模型以及其中所需要的关键技术。在3D可视化技术的应用下，能够对虚拟海况进行具体的分析，在该技术的应用下，应用在海浪仿真效果中，采用的是数学模型和可视化的显示，其数学模型的建立表现在：由于在海浪的运动中是一个不规则性的风体结构，风浪的形成主要取决于能量的摄取和消耗之间的关系。因此在海浪的研究中，它属于一个随机体。通过运用双叠加法模型，来具体的了解波面任意点的高度以及时间的变化情况。主要是根据：

其中、、、分别表示的是组成波的波幅、频率、方向以及初相位，表示的是波面某点的坐标，除此之外，还需要对波振幅，这就需要利用海浪谱的方法进行具体的计算。

海浪谱实际是一个反应能量密度，是一种用来给出海浪能量相对于各个组成部分的分布关系。在给予了海况后，结合海浪谱与方向函数，最终组成了波的波幅公式：

方向谱的形式如下：

最终获得了三维波面任意时刻、任意位置的波高。

对海浪进行显示之后，由于将波面划分在以船舯为中心向周围辐射的圆形区域内，在波面靠近船中的部分划分比较细，远离中心的地方比较粗，最终形成了网格效果，在视觉上满足了要求，并且对计算机的要求不高。另外还需要对三维波浪添加一个简单的光照模拟图，这样就能比较清晰的观察到物体的表面，最终增强了视觉的效果。

另外对虚拟样船的建立，在使用了虚拟测试环境中，为了进一步增强测试过程的效果，这就需要利用数据接口，来提取已有的模型信息，进行具体的建模。之后需要对船行波浪进行模型确定，了解波面的具体情况，进一步研究船的运动状况。这样在模拟测试技术中，为船舶结构强度虚拟测试系统建立了可视化支持，进一步了解了船的运动情况。

三、虚拟测试系统的设计

通过运用程序结构，以及编程思想，在程序的功能中实现了虚拟测试系统。主要利用的是编程开发工具VC++6.0以及SDI的OpenGL程序框架，该技术确定了船舶结构强度虚拟测试系统的程序框架，并且添加了辅助的OpenGL窗口绘制汉字的功能，在该系统的使用中，能够有效的集成各个虚拟测试子系统，并且将所有的程序进行封装，这样有助于系统的升级以及随时的调用，增强了通用程序的连接。为船舶在动态航行提供了虚拟的模型研究。

四、虚拟测试系统的实际应用

通过虚拟测试系统的设计，为随机出行的船舶提供了科学的测试保障，因此通过具体的应用来进一步加强船舶的测试使用。首先需要设计船舶的计算模型，然后对边界条件与模型进一步修正，建立有限元建模，为船舶在航行中在受到外力的影响下，可以自由的处理，在处理船体结构外载荷时，需要应用直接法来计算船体结构的动态模拟图，然后根据力矩平衡的原理，对全船模型的重量分布和重心位置进一步修正。最后对测点应力结果进一步研究，分析船舶结构强度在规则波中和随机海浪条件下的具体相应，建立准确的虚拟测试结果。

五、总结

本文对虚拟测试技术进行详细的研究，进一步加强了对船舶强度的计算方法，利用VC++6.0程序开发工具，以及OpenGL语言，建立了完善的船舶结构强度虚拟测试系统，提高了我国船舶制造业的进一步发展，在整个建模的过程中，能够通过使用可视化技术，建立了船舶结构强度虚拟测试系统，然后将各个子系统进行封装，形成了动态的链接库，在模型的建立下，计算出了实船在海洋环境下的动态响应，以及船舶的荷载数量，这些为提高我国船舶结构强度虚拟测试技术的可行性奠定了良好的基础。

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