Topologie de Formes Original
Qu'est-ce qu'une Topologie de Forme ?
La topologie des formes est une caractéristique des formes de coque qui définissent le style et la disposition des formes à l'intérieur de la surface elle-même. Les différents types de forme de coque ont différents arrangements de formes et parce qu'il est nécessaire d'avoir des transitions lisses entre ces formes, certaines caractéristiques apparaîtront toujours l'une à côté de l'autre. Cela conduit à des types communs de formes et d'arrangements de style. Alors que toutes les formes de coque auront une topologie des formes, certaines formes de coque auront plus d'informations que d'autres. En particulier, les formes de coque de navire ont une large gamme de formes différentes, tandis que les yachts et autres formes de coque dont la forme ne peut être décrite que comme "courbée" ont une quantité minimale de formes spécifiques à l'intérieur de la surface de la coque. Malheureusement, pour ces types de navires, la topologie des formes est peu utile.
La topologie des formes est un concept utile parce qu'elle décompose les formes à la surface de la coque en régions séparées. Un monocoque conventionnel a une région parallèle (corps central parallèle) dans la région du milieu du navire avec des extrémités aiguisées à l'avant et à l'arrière. Cet arrangement peut être décomposé davantage, il y a une région plane sur le fond (Plat de Fond) et sur le côté (Plat de Côté) du corps central parallèle qui peut s'étendre dans la proue et dans les régions de poupe. Dans le corps central parallèle, le Plat de Côté et le Plat de Fond seront reliés par une région de surface de nature cylindrique et tangentielle au Plat de Côté et Plat de Fond. Les parties courbes de la surface à l'avant et à l'arrière sont plus susceptibles d'être tangentes au plat des régions latérales et du fond, bien que dans certains cas, la transition puisse être une articulation (un coin). Les zones courbes à l'avant ou à l'arrière peuvent également être subdivisées par une courbe d'angle ou une ligne où l'angle ou la tangente a été contrôlée.
Ces vaisseaux ont une articulation distincte qui s'efface dans le plat de côté. La transition entre la zone courbée vers l'avant et le plat de côté est assez faible. Le plat de côté à l'arrière se transforme en une demande cylindrique assez claire. Ce type de surface de coque gagnerait probablement à travailler avec la ligne de flottaison à l'avant et les parties arrières pour en dériver la forme. L'étrave a une surface de tige bien définie qui disparaît à mi-hauteur de la tige par rapport au bulbe.
Ce navire a un plat de côté assez bien défini. Cela signifie que les extrémités du navire sont devenues relativement courtes, ce qui a entraîné une concavité importante lors de la transition du bulbe à la coque.
Sur ce navire, le plat de flanc est de nouveau bien défini mais le plat de fond semble avoir une élévation significative du plancher, potentiellement non planaire. Remarquez comment la lumière passe rapidement de la lumière à l'obscurité du plat du côté à la zone incurvée de l'étrave, ce qui indique qu'il y a une courbure assez serrée lorsque le corps central parallèle passe à l'avant. Cela créera des plaques plates dans la région centrale de la surface de l'étrave, ce qui facilitera peut-être la fabrication. Au niveau de la tige, au-dessus de la ligne de flottaison, il y a un rayon raisonnablement grand qui se resserre assez fortement au bord d'attaque du bulbe.
Ce navire présente également un grand plat de côté. Mais pour compliquer les choses, il y a une partie plate sur la proue et aux quartiers avant. Sous l'articulation avant, on dirait que la région plate avant se poursuit jusqu'au sommet du bulbe. Le développement d'une telle surface de coque nécessite une certaine planification, car le concepteur peut choisir de fusionner le rayon de la transition entre les zones plates du dessus et la coque du dessous. Alternativement, il est possible d'obtenir une bonne surface en utilisant un carénage procédural, mais cela peut ne pas fournir autant de contrôle sur la courbure de surface et son effet sur le placage de la coque.
Bien que cette description de la topologie des formes soit entièrement qualitative, elle fournit la connaissance et la base d'une procédure dans laquelle nous pouvons construire la définition de la surface. Cela permet de décomposer le problème de génération de la définition de la surface en plus petits morceaux. Par exemple, encore une fois pour un monocoque conventionnel, on peut commencer par définir la forme de la section médiane, le profil de l'étrave et le profil de la poupe. Ensuite, nous commençons à subdiviser la forme en s'adressant au pont, puis nous mettons en place les extensions du corps central parallèle. Maintenant, les détails spécifiques de la conception peuvent être mis au point, par exemple la forme de l'entrée ou de la course sans avoir à se soucier des formes dans d'autres régions de la surface de la coque.
L'esquisse originale de la topologie des formes qui met en évidence les différentes régions de la coque et les types de formes auxquelles on peut s'attendre.
La disposition de la topologie des formes décrite précédemment est assez typique des formes de coque des monocoques conventionnels, mais toutes ces caractéristiques ne sont pas forcément présentes. Certaines peuvent être absentes ou une autre structure de formes peut être présente. La topologie des formes est également présente dans d'autres types de formes de coque. La structure des formes de coque des navires à grande vitesse ou de planification est souvent dominée par des articulations pour créer une surface plane afin d'induire un soulèvement dynamique et de provoquer une séparation dans l'écoulement de l'eau. Les articulations peuvent également être utilisées pour réduire au minimum l'effort de fabrication dans les formes de coque en tôle. En réduisant la courbure des plaques, le matériau est plus facile à manipuler et ne nécessite pas de machines spécifiques pour se former.
En considérant comment les différentes formes de la surface de la coque sont disposées avant le début du processus de définition, il est possible de développer un processus de conception et, dans le logiciel de conception de coque qui permet la géométrie relationnelle, de développer une hiérarchie de connexions qui va rendre la tâche de définir la géométrie de surface beaucoup plus facile. Il peut même être utile d'esquisser la forme de la coque, car les croquis ont tendance à capturer avec précision la topologie de la forme.
IntelliHull : L'Origine de la Topologie des Formes dans IntelliHull
La topologie des formes a d'abord été définie comme un concept par rapport à IntelliHull[1]. Cependant, alors qu'Intellihull utilisait la topologie des formes pour générer la surface de la forme de la coque, la technique ne permettait qu'une gamme trop limitée de variations de la topologie des formes pour être d'une utilité réelle. La définition de la surface d'IntelliHull est basée sur un ensemble de courbes de contrôle transversales à travers lesquelles les courbes longitudinales se croisent pour mélanger la forme de l'étrave, du corps central parallèle et de la poupe. En utilisant la topologie des formes, les caractéristiques de la définition de la forme de la coque ont pu être identifiées et mesurées en fournissant un retour d'information sur les principales caractéristiques de la forme de la coque, l'hydrostatique et les dimensions de certaines caractéristiques. L'utilisateur peut alors modifier la valeur de ces dimensions en invoquant une transformation pour modifier la partie pertinente de la géométrie de la définition de la coque telle qu'identifiée par la topologie des formes. Cette caractéristique de la technique a réussi à fournir au concepteur la puissance de la génération de la coque paramétrique, mais le concepteur a toujours le contrôle du style du navire et a la possibilité de modifier la définition géométrique de la surface de la coque à l'aide de la souris. Cependant, comme les courbes de définition sont principalement orientées transversalement, il était difficile de contrôler des caractéristiques telles que la forme du fond plat. Pour tirer pleinement parti de l'approche de la topologie des formes, il est nécessaire d'utiliser un réseau de courbes qui se croisent et de concevoir la surface de la coque à l'aide de l'approche de la conception en coupe transversale.
Topologie des Formes en X-Topologie
Afin d'exploiter pleinement les avantages de la topologie des formes, une approche de conception transversale utilisant un réseau de courbes était nécessaire. Une fois qu'un réseau de courbes est disponible, une surface peut être générée en mélangeant des plages de surface entre les bords de chaque face en tenant compte de la forme de chaque bord et des informations sur les rubans tangents interpolées le long de chaque courbe. Bien que cette technique soit généralement utilisée par les outils de conception de navires plus grands et plus coûteux, la documentation sur l'approche est limitée. Il a fallu plusieurs années pour développer une version de travail, la Surface X-Topologie, et aussi longtemps pour optimiser les performances du logiciel et la procédure de conception.
La Topologie de Forme peut maintenant être utilisé pour générer des surfaces de forme de coque détaillées à l'aide d'une conception en coupe transversale dans PolyCAD. Le concepteur peut construire le réseau de courbes X-Topologie dans une hiérarchie, reliant les nouvelles courbes aux courbes préexistantes dans le modèle et permettre aux changements de se propager à travers la définition. Couplé à un concepteur d'interface utilisateur pour soutenir cette activité de conception, des surfaces de navire assez représentatives peuvent être générées en quelques minutes et des surfaces de navire équitables générées en une heure.
Interprétation du quatrième navire montré dans les images précédentes représentées comme une surface X-Topologie. Les courbes topologiques de forme se manifestent sous la forme d'attributs de surface, c'est-à-dire des informations tangentes, et sont mises en évidence dans l'image sous la forme de lignes blanches épaisses avec des tirets indiquant la direction de la tangente traversant la courbe.
Cependant, l'objectif initial d'IntelliHull était de développer un outil de conception de coque qui permettrait à l'utilisateur d'interagir avec la géométrie de définition pour contrôler la forme et le style et d'interagir avec les paramètres représentant les dimensions et les propriétés de la surface de la coque pour contrôler sa taille. La surface X-Topologie est trop générique en tant qu'entité pour fournir cette capacité car il s'agit simplement d'une représentation d'une surface. On espérait que la hiérarchie générée par les connexions des courbes serait suffisante pour permettre aux changements géométriques des différents points et zones de la coque d'être transmis au reste de la géométrie. Cependant, on a constaté qu'un concepteur pouvait souvent générer une hiérarchie de courbes qui allait à l'encontre de la direction du flux requise pour que les changements de mise à jour de la surface. Une solution a été trouvée, encore une fois avec l'aide de la Topologie des formes[2].
Plutôt que de mettre à jour les courbes en ce qui concerne leur connectivité et leurs relations dans la définition de surface, elles peuvent être mises à jour en fonction de leur connectivité dans la topologie des formes. Traiter la topologie des formes comme un graphique, où les intersections entre les courbes représentant la topologie des formes sont traitées comme des sommets, les courbes représentant la topologie des formes comme des bords et les régions "de forme" de la topologie des formes, entre les deux, comme des faces. Pour effectuer un changement, un sommet peut être déplacé et les changements se propagent à travers le graphique, en mettant à jour les courbes représentant la topologie des formes avant que la forme de la définition de la surface, c'est-à-dire les courbes restantes, ne soient mises à jour. Le contrôle paramétrique de la surface de la coque peut être obtenu en utilisant à nouveau la Topologie des formes pour identifier le rôle des courbes dans la définition de la surface et identifier les connexions importantes entre les courbes, c'est-à-dire les sommets, pertinentes aux différentes dimensions du navire. Par conséquent, lorsque la valeur d'un paramètre est modifiée, la surface de la coque est transformée en déplaçant le sommet approprié dans le graphique Topologie des formes.
Pour une discussion plus détaillée des transformations de la topologie des formes, le lecteur est invité à[2].
Références
- Integrating Parametric Hull Generation into Early Stage Design, M. Bole, COMPIT '05, Hamburg, Germany, 8-11 May 2005
- Interactive Hull Form Transformations using Curve Network Deformation, M.Bole, COMPIT 2010, Gubbio, Italy, 12-14 April 2010.