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Conception de Surface de Coque

Interface Utilisateur

L'interface utilisateur s'est avérée être l'un des aspects les plus importants des outils de conception de coque, ce qui affecte l'efficacité avec laquelle les formes peuvent être contrôlées.
​Suite à l'introduction de l'​X - Topologie, l'interface utilisateur de PolyCAD a été grandement améliorée par rapport aux versions antérieures à la version 7. La fenêtre graphique utilise maintenant une vue caméra qui a permis de créer et d'éditer avec précision les données géométriques en 2D tout en visualisant le modèle en 3D, y compris la perspective. De plus, une grille et l'accrochage d'objets ont été introduits pour permettre aux entités géométriques d'avoir beaucoup plus d'interaction avec les autres dans l'espace de conception.

Donnée de Référence

PolyCAD peut importer des données de diverses sources pour aider au développement d'une surface de coque. Un large éventail de formats d'importation CAO sont pris en charge et il est possible d'importer des données à partir de fichiers Excel CSV. Souvent, les informations importées peuvent être traduites en données à partir desquelles une surface de coque peut être directement générée. Par exemple, les courbes X-Topologie peuvent être créées à partir de données polylignes.

PolyCAD permet d'importer et de tracer des données d'image à l'aide de courbes. Cela permet de faire correspondre la géométrie de définition aux images scannées des données de forme de coque et aux contours de surface vérifiés. Les images sont présentées dans la fenêtre graphique sur des plans orthogonaux calibrés à l'échelle du dessin. Les trois vues d'une ligne d'image scannée doivent être présentées simultanément.

Les Courbes

Les courbes​ sont le moyen le plus simple de représenter une surface de coque et de nombreux spécialistes de l'analyse de la conception des navires, en particulier l'hydrodynamique, travaillent avec des données de section brutes. PolyCAD est l'un des rares outils (car la plupart préfèrent maintenant se concentrer sur les surfaces) à fournir des fonctions étendues pour manipuler les données des courbes de section permettant le re-positionnement des courbes individuelles et le traitement des données ponctuelles. Il existe également de nombreux outils de CAO pour découper, assembler et supprimer des caractéristiques dans les données des courbes de coupe.

Surfaces BSplines

Le design de forme de coque utilisant les Surfaces BSpline est très populaire, en particulier pour les petits bateaux et les yachts. La technique est très facile à mettre en œuvre et, par conséquent, il existe un grand nombre de logiciels de conception de coque différents. Pour créer une forme de coque en utilisant une surface BSpline, l'utilisateur manipule un maillage de points de contrôle, en révisant la forme de la surface à l'aide de contours ou d'une analyse de courbure jusqu'à ce que la forme désirée soit atteinte. Un bon niveau de compétence est requis pour obtenir les meilleurs résultats et il peut prendre beaucoup de temps pour développer une surface de coque complexe comme les formes de navire en utilisant uniquement les points de contrôle de surface BSpline.

Conception Paramétrique de la Coque à l'Aide de YachtLINES et de ShipLINES.

Dans la conception paramétrique de la surface de la coque, des fonctions mathématiques sont utilisées pour générer la surface de la coque sans qu'il soit nécessaire de manipuler en profondeur la définition de la surface. Les paramètres numériques décrivant les caractéristiques de forme telles que la longueur, la largeur, le déplacement, etc. sont utilisés pour créer une surface de coque en une seule étape. Ce processus est très utile dans la conception de concept où l'apparence de la coque n'est pas très importante, mais s'assurer que tous les systèmes du navire s'adaptent. L'inconvénient de la conception paramétrique de la coque est que les formulations mathématiques sont fixes, ce qui rend très difficile de changer le style de la forme de coque produite. Après tout, il est très difficile de décrire le style numériquement ! PolyCAD supporte deux générateurs de coque paramétriques qui peuvent être utilisés pour créer une coque définie par une surface BSpline qui est modifiée manuellement.

• YachtLINES est un générateur de coque de surface simple B-Spline cubique basé sur 19 paramètres géométriques. Il suit l'approche de base adoptée par de nombreuses techniques précédentes en utilisant des courbes de forme longitudinale à partir desquelles la forme de la section est générée. Les courbes de forme sont définies à l'aide de courbes B-Spline et une approche itérative est utilisée pour modifier les sommets de contrôle jusqu'à ce que les propriétés désirées de la coque soient atteintes. Une représentation finale de la surface de la coque NURBS est générée en effectuant un ajustement longitudinal aux polygones de contrôle de chaque section.

• ShipLINES produit une surface B-Spline d'une forme de coque de navire de charge à vis unique avec et sans bulbe sur la base de 25 paramètres géométriques. La plupart d'entre eux sont utilisés pour définir les appendices locaux tels que le bulbe et les ailerons. Le polygone de contrôle de la surface de la coque est spécifié directement autour des zones de l'étrave, du milieu du navire, du tableau arrière et de la dérive. Les rangées de la surface sont mélangées entre elles en tenant compte du corps central parallèle. Malheureusement, cette technique de construction et l'obligation de produire à la fois des bulbes et des ailerons en surface imposent une contrainte importante sur la définition de la surface, de sorte qu'il n'est pas possible de contrôler les propriétés hydrostatiques indépendamment des autres paramètres d'entrée. Malgré cela, les surfaces produites par cette technique sont raisonnablement bonnes car l'effet du haut niveau de contrainte n'entraîne qu'une réduction de l'éventail des formes de coque qui peuvent être produites.

Design Rapide de Coque Utilisant IntelliHull

La conception de la surface de la coque basée sur la manipulation directe de la définition de la surface et la conception paramétrique de la coque sont deux techniques très utiles. Il est hautement souhaitable de pouvoir utiliser les deux techniques pour travailler sur la même surface. Cependant, en général, cela n'est pas possible parce que les techniques de définition de surface sont généralement arbitrairement structurées et que les règles mathématiques utilisées dans la génération de coques paramétriques ne sont pas adaptatives. IntelliHull a surmonté ce problème en détachant la géométrie de définition de surface et les règles paramétriques de la représentation de surface. Dans IntelliHull, la géométrie de définition et les règles paramétriques contrôlent un cadre de conception qui crée ensuite la surface de la coque.

​Le cadre de conception incarne la "connaissance" topologique de la géométrie requise pour créer une surface de forme de coque. Cela signifie qu'il peut augmenter la géométrie de définition fournie par l'utilisateur, s'il n'existe pas, pour produire toute l'information nécessaire pour générer une surface de coque. Par conséquent, l'utilisateur n'a qu'à fournir suffisamment d'informations de définition pour décrire les principales caractéristiques de la surface de la coque et le cadre de conception "comble" les lacunes. Comme il y a beaucoup moins d'informations de définition, les paramètres numériques peuvent être utilisés pour contrôler le cadre de conception et modifier la définition fournie par l'utilisateur en utilisant des transformations plutôt qu'un processus de génération inflexible.

IntelliHull a été développé en tant que projet de doctorat et comme il ne génère qu'une seule surface BSpline, il n'a pas la capacité de produire les caractéristiques détaillées associées à une surface de coque de production. IntelliHull fournit une preuve de concept pour la prochaine étape de travail, la X-Topologie, c'est-à-dire l'application des idées à de multiples topologies de surface.

Conception de Surface de Coque à l'Aide du Cadre de Travail
​de la Courbe Arbitraire X-Topologie/Surface

Bien qu'IntelliHull démontre avec succès l'approche conceptuelle, l'implémentation présente des limites lorsqu'elle est utilisée pour développer les caractéristiques détaillées d'une surface de coque. Le développement subséquent de la surface de la coque X-Topologie s'appuie sur les leçons apprises lors du développement d'IntelliHull et a appliqué des concepts similaires à la conception de la surface de la coque en utilisant un réseau arbitraire de courbes. Un réseau de courbes arbitraires capture avec précision la topologie de la forme de la surface, information qui peut être utilisée pour introduire une transformation paramétrique qui respecte la forme de la surface de la coque plutôt que de la déformer. L'objectif principal du développement de X-Topologie est de produire un ensemble d'outils pratiques qui rendent la conception de la coque aussi facile que l'esquisse, mais fournit à l'utilisateur un contrôle de surface précis lorsqu'il veut affiner la conception.

En X-Topologie, la surface de la coque est produite en construisant un cadre de courbes qui sont dépouillées à l'aide d'une approche similaire à la modélisation solide. Les courbes sont basées sur la technologie NURBS, mais comme IntelliHull, l'utilisateur ne manipule pas directement les points de contrôle. Cela permet à l'utilisateur d'appliquer des contraintes sur les points de contrôle qui spécifient la forme comme l'introduction d'interpolation et de points d'articulation. Les courbes sont ensuite construites en analysant les points de contrôle des utilisateurs, les contraintes et si les courbes font référence à d'autres qui ont des informations supplémentaires de contrôle de forme. Les courbes sont définies dans un environnement d'interface utilisateur qui permet la manipulation interactive, l'accrochage à d'autres entités et le référencement dynamique. Dans l'ensemble, cela rend l'expérience X-Topologie vraiment productive, d'autant plus que de nombreuses fonctionnalités "IntelliHull" n'ont pas encore été implémentées.

Analyses

​PolyCAD fournit un certain nombre d'outils pour analyser la surface de la coque au fur et à mesure qu'ils sont conçus. Toutes les surfaces et les courbes de section ont la capacité de générer des contours de surface qui peuvent être utilisés pour indiquer la forme de la coque. Les surfaces peuvent être rendues et il est possible d'utiliser la plaque de lumière spéculaire pour voir comment la forme de la coque change au fur et à mesure que la réflexion se déplace.

En fournissant une approche plus mathématique à l'analyse de surface, la courbure gaussienne et la courbure moyenne peuvent être affichées ainsi que les contours de réflexion zébrée (isophote). Les courbes hydrostatiques et les courbes de surface de section peuvent être calculées sur une gamme de lignes de flottaison. Enfin, une fois le formulaire de coque complété, un plan de lignes peut être généré ou la surface exportée vers un autre système de conception en utilisant l'un des nombreux formats de fichiers d'exportation. PolyCAD prend également en charge l'impression à l'échelle pour permettre la production de modèles précis sur des imprimantes à grande échelle.