Mô hình 3D Solid là phương tiện diễn tả chính xác hình dáng 3 chiều của vật thể hình học. Với mô hình này ta có thể tính toán chính xác các đặc trưng hình học của vật thể. Từ mô hình 3D, dễ dàng tạo các hình chiếu 2D; có thể biểu diễn mặt cắt mô hình tại vị trí bất kì; có thể mô phỏng động học và động lực học kết cấu, mô phỏng chuyển động của dụng cụ gia công khi chế tạo.
AutoCAD trang bị đầy đủ các công cụ để xây dựng mô hình 3D Solid, từ các lệnh tạo các khối solid cơ sở (Box, Xylinder, Cone, Sphere, Pyramid, Torus, Wedge), cũng như các lệnh tạo khối 3D từ các hình 2D (Extrude, Revolve, Sweep, Loft) và các lệnh hiệu chỉnh. Ta có thể tạo được mô hình 3D Solid của vật thể có hình dạng bất kỳ.
Mô hình tàu dạng 3D Solid là hình vẽ biểu diễn con tàu dạng vật rắn với hình dáng bao ngoài đúng theo bản vẽ đường hình lý thuyết. Với mô hình như vậy, các đặc trưng hình học của thân tàu nhận được đúng bằng các đặc trưng hình học của mô hình. Khi đó, việc tính toán các đặc trưng hình học phần chìm thân tàu sẽ tiến hành trên mô hình đã xây dựng với sự trợ giúp của công cụ phần mềm AutoCAD (như trình bày ở phần trên) mà không cần sử dụng các công thức tính toán dạng tích phân truyền thống.
Lý do mà đến nay mô hình 3D Solid không được sử dụng để mô phỏng và tính toán cho tàu là vì bên trong tàu là kết cấu rỗng, nghĩa là ngoài phần kết cấu vỏ, trang thiết bị thì còn lại là không gian trống để thực hiện chức năng chứa hàng hoặc các chức
năng khác, nên nếu áp dụng mô hình 3D Solid cho các bài toán phân tích độ bền, các bài toán động lực học,… là không phù hợp, sai số rất lớn. Ở đây ta chỉ sử dụng mô hình 3D Solid để tính thể tích chiếm nước và tọa độ tâm nổi. Với bản chất thể tích chiếm nước là thể tích nước mà tàu chiếm chỗ khi nổi, còn tâm nổi là tâm của thể tích đó thì mô hình 3D Solid được sử dụng là rất hợp lý. Khi đó ta có thể tưởng tượng con tàu rỗng đã được đổ đầy nước vào trong.
Mô hình tàu dạng 3D Solid sẽ được xây dựng trên cơ sở bản vẽ đường hình dạng 2D (có thể xây dựng bằng cách khác nhưng ở đây không đề cập), quá trình có thể tóm tắt như sau:
+ Bước 1: Trước tiên, từ các sườn lý thuyết trên bản vẽ đường hình 2D, ta tạo các mặt cắt ngang (SECTIONS) dạng đường khép kín bằng lệnh “JOIN” (nối). Thực hiện cho tất cả các mặt sườn lý thuyết và bổ sung các mặt cắt tại chỗ có độ cong phức tạp, chỗ nhảy bậc.
+ Bước 2: Sắp xếp các mặt cắt ngang trong không gian 3D theo đúng vị trí của chúng.
+ Bước 3: Sử dụng lệnh “LOFT” tạo mô hình 3D Solid từ các mặt cắt ngang.
Quá trình trên đều được thực hiện khá dễ dàng như mô tả sau đây:
- Với lệnh “JOIN”, ta chỉ cần click chuột để chọn các đối tượng cần nối, sau đó nhấn Enter để thực thi. Ví dụ thực hiện lệnh “JOIN” cho một sườn gồm 06 đoạn đường cong spline như sau:
Hình minh họa tạo mặt cắt ngang kín bằng lệnh “JOIN” thể hiện trên hình 2.1
Command: JOIN
Select source object or multiple objects to join at once: 1 found Select objects to join: 1 found, 2 total
Select objects to join: 1 found, 3 total Select objects to join: 1 found, 4 total Select objects to join: 1 found, 5 total Select objects to join: 1 found, 6 total
Select objects to join:
Hình 2.1. Tạo mặt cắt ngang kín bằng lệnh “JOIN”
- Sau khi tạo được các SECTIONS, vẽ lại đường cơ bản, đánh dấu vị trí các sườn lý thuyết (vị trí các mặt cắt ngang), sau đó di chuyển (lệnh“MOVE”) hoặc sao chép (lệnh “COPY”) các SECTIONS về đúng vị trí của chúng đã được đánh dấu trên đường cơ bản (xem hình 2.2)
Hình 2.2. Sắp xếp các mặt cắt ngang trong không gian 3D
- Với lệnh “LOFT”, ta chọn chế độ (MOde) là Solid; Sau đó click chuột chọn các SECTIONS; nhấn Enter;
Tiếp đến dòng “Enter an option [Guides/Path/Cross sections only/Settings] <Cross sections only>:” có 4 tùy chọn để hiệu chỉnh mô hình nhưng ở đây ta chỉ cần để nguyên chế độ mặc định là “Cross sections only” rồi nhấn Enter để kết thúc lệnh.
Cách thực hiện lệnh “LOFT” như sau:
Hình ảnh trong quá trình thực hiện lệnh “LOFT” có thể minh họa như hình 2.3. Khi click chọn đến mặt cắt ngang nào thì mô hình 3D Solid tương ứng được tạo ra đến mặt cắt đó.
Hình 2.3. Minh họa quá trình thực hiện thực hiện lệnh “LOFT”
Command: LOFT
Current wire frame density: ISOLINES=4, Closed profiles creation mode = Solid
Select cross sections in lofting order or [POint/Join multiple
edges/MOde]: MO
Closed profiles creation mode [SOlid/SUrface] <Solid>: SO
Select cross sections in lofting order or [POint/Join multiple
edges/MOde]: (click chuột để chọn lần lượt các SECTIONS, ví dụ ta có
13 SECTIONS)
13 cross sections selected
Enter an option [Guides/Path/Cross sections only/Settings] <Cross
Với những tàu có boong nâng mũi và boong nâng đuôi, sẽ có vị trí boong nhảy bậc nên ta phải chia tàu thành các đoạn tại chỗ nhảy bậc và thực hiện lệnh “LOFT” cho từng đoạn, sau đó cộng gộp các đoạn lại thành một mô hình duy nhất bằng lệnh cộng khối rắn “UNION”
Kết quả mô hình tàu 3D Solid được tạo ra như hình 2.4.
Hình 2.4. Mô hình tàu 3D Solid