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船舶设计仿真解决方案


  来源: 互联网 时间:2018-09-07 编辑:思扬
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船舶设计和建造是一门综合性极强的科学技术,提高船舶设计的效率,有效地降低造船成本,同时提高船体结构的经济性、安全性和合理性是船舶设计发展的永恒主题。船舶设计手段的提升以提高设计效率、缩短造船周期为目标,在实现三维设计的同时,实现与工厂的数据共享。随着信息化技术的飞速发展,电子样船开发技术及“数字化造船工程”已被引入船舶工业。目前,船舶设计与CAE相关的特性指标有:

(1)船舶结构特性

船舶结构应在强度、刚度、振动及噪声等方面满足船舶总体设计的要求。对于舰船来说还有水下噪声和舰体结构、设备和舰员抗冲击方面的要求。船舶结构特性包括:总纵强度、局部强度、扭转强度、疲劳强度、抗爆强度、屈曲分析、波浪载荷预报及晃荡分析等。

(2)船舶流体动力学特性

船舶流体动力学技术的目标,是在一定程度代替船模试验,为船舶水动力性能设计提供一个全雷诺数的数值模拟工具。它不仅可以预报各类船舶在静水中航行时的阻力,以及与推进装置结合起来的推进性能,它还可以根据风、浪、流等环境载荷,预报实尺度船舶在海浪上的航行性能,包括快速性与波浪失速。同时,船舱内部的通风性能以及火灾安全性能也可以用计算流体力学技术来仿真。

(3)舰船物理场特性

通常对于舰船来说,物理场特性是关乎舰船生命力的重要特性。舰船物理场特性包括声场、船舶CAE的分析种类及解决的问题主要概括为以下四个方面:


一、结构静力分析

船舶结构静力分析主要是计算船舶的结构强度。船体强度是指结构能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种载荷和(或)载荷效应,并在偶然事件发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性。

船体强度问题包括总纵强度、局部强度、扭转强度、疲劳强度及抗爆强度、结构屈曲等。总纵强度是研究船体梁整体变形规律和抵抗破坏的能力。集装箱船等大开口船舶,因船体扭转刚度相对较低,需要计算扭转强度。组成船体的各部分结构、节点及其组成的构件还会因局部载荷和(或)船体梁应力而发生变形或受到破坏,这类强度问题通常称为局部强度。

借助通用机械仿真软件ANSYS Mechanical可以处理结构建模、载荷施加、强度、变形等机械分析问题。

此外,船体在整个运行生命周期中所收到了各种交变载荷(静变载荷、动变载荷、周期载荷)。包括航行过程中的波浪载荷以及引起的船体中拱、中垂交替变化,满载、空载、压载等不同工况。这些变化的载荷,以及结构的营运和耐久性要求使船上结构的应力集中和疲劳强度变得尤为突出。采用ANSYS nCode和Fe-safe可分析结构在各种交变载荷下的寿命。



某客船底板的纵向应力



某客船纵骨的纵向应力


二、船舶结构的振动噪声分析

在船舶设计阶段,需要进行振动预报(计算振动模态与响应)和结构声学设计,并对局部结构采取必要的减振降噪措施,避免船上出现有害振动及其伴随的噪声。

船舶振动包括总振动和局部振动。船体总振动是船舶总体振动形态的一种主要反映和描述方式,船体局部振动是船上各种局部构件的振动。船舶噪声包括舱室噪声、水下辐射噪声及自噪声等。

船舶结构振动和噪声分析的主要内容包括:

(1)船舶总振动计算
船体总振动可分为自由振动与强迫振动两大类,前者主要研究船体总振动的模态(固有频率和固有振型),而后者则研究船体梁在各种不同激励力作用下的响应及如何减小和控制其振动量级等。

(2)船体局部振动计算

关键词:船舶 仿真 技术    浏览量:3692

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