【船舶】VB与TrueGrid软件在船闸闸首三维有限元网格自动剖分中的应用

一、研究背景

船闸是航道工程中的关键通航建筑物，其结构安全直接关系到船舶通航和水利设施运行安全。船闸闸首是连接上下游航道和闸室的过渡结构，承受水压力、船舶撞击力、土压力等多种载荷。三维有限元分析是船闸结构设计的重要手段，但复杂结构的网格划分一直是工程应用的瓶颈。

二、VB-TrueGrid联合建模

2.1 VB前处理系统

开发了基于VB的船闸闸首三维有限元前处理系统：

• 参数化建模：定义闸首几何尺寸
• 可视化界面：直观的几何预览
• 数据接口：输出到TrueGrid

2.2 TrueGrid网格剖分

利用TrueGrid进行自动化网格剖分：

• 六面体网格：高质量的结构化网格
• 自动识别：边界和复杂几何
• 网格优化：自动调整网格密度

三、人字门船闸闸首

3.1 结构特点

人字门船闸闸首的复杂结构：

• 混凝土墙体：承受水压力
• 闸门槽口：人字门的安装空间
• 排水设施：控制渗流
• 导航设施：引导船舶通行

3.2 建模策略

针对复杂结构的网格划分策略：

• 整体-局部结合
• 不同区域采用不同网格密度
• 过渡区网格平滑衔接

四、自动剖分流程

4.1 数据准备

从设计图纸或BIM模型获取几何数据：

• 闸首轮廓线
• 墙体厚度变化
• 孔洞和凹槽位置

4.2 TrueGrid处理

TrueGrid的批处理功能实现自动化：

• 读取VB输出的几何数据
• 自动识别结构边界
• 生成六面体网格
• 输出到求解器

五、网格质量评估

5.1 质量指标

网格质量检查包括：

• 雅可比系数：单元形状规整性
• 长宽比：单元拉伸程度
• 歪斜度：单元偏斜程度

5.2 效率提升

与手动剖分相比：

• 时间效率提升数倍
• 网格质量更稳定
• 可重复性好

六、结论

VB与TrueGrid联合的自动化网格剖分系统大幅提高了船闸闸首有限元分析的效率，生成的六面体网格质量满足工程计算要求。

七、涉及图片

• 图1：人字门船闸闸首三维结构图 — 闸首的混凝土结构、闸门槽口、排水孔布置
• 图2：VB前处理界面 — 参数化输入界面和几何预览
• 图3：TrueGrid自动剖分网格 — 六面体单元网格展示
• 图4：网格质量检查报告图 — 雅可比系数统计直方图
• 图5：与手动剖分效率对比表 — 时间效率提升数据