【應(yīng)用】船舶總體----ANSYS在工業(yè)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2016-09-05 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

船舶工業(yè)是為航運(yùn)業(yè)、海洋開發(fā)及國(guó)防建設(shè)提供技術(shù)裝備的綜合性產(chǎn)業(yè)。中國(guó)造船業(yè)在全球市場(chǎng)上所占的比重一直處于較高水平,中國(guó)已經(jīng)成為全球重要的造船中心之一。船舶從用途上分類,可分為軍用船舶和民用船舶兩大類。在軍船的研發(fā)過(guò)程中常涉及到強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)與噪聲、抗爆性、疲勞、總體性能、快速性、操縱性與耐波性、穩(wěn)性等多方面的技術(shù)問(wèn)題,民船的設(shè)計(jì)往往更偏向于提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、載重量和快速性等方面,所以民船設(shè)計(jì)的主要技術(shù)問(wèn)題集中于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與水動(dòng)力性能方面。

近10年來(lái),船舶行業(yè)飛速發(fā)展,新的設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)設(shè)計(jì)提出新的要求。所有的這些變化都表明船舶設(shè)計(jì)進(jìn)入創(chuàng)新為主流的時(shí)代,這使傳統(tǒng)的、基于工程回歸分析和經(jīng)驗(yàn)的船舶設(shè)計(jì)方法越來(lái)越無(wú)能為力。目前,新型船舶大量出現(xiàn),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及多種型線設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化需要進(jìn)行大量船模實(shí)驗(yàn),如何減少實(shí)驗(yàn)次數(shù),減小費(fèi)用開支,縮短周期是船舶設(shè)計(jì)急需解決的問(wèn)題。下文是CAE仿真技術(shù)在解決船舶總體設(shè)計(jì)與研發(fā)過(guò)程中部分常見(jiàn)工程問(wèn)題的簡(jiǎn)要介紹:

船體的強(qiáng)度、剛度問(wèn)題

船舶總體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析
船舶分段、上層建筑、甲板、龍骨、外板、機(jī)座等局部靜強(qiáng)度分析
引擎、管路系統(tǒng)熱應(yīng)力分析

船舶總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮船體在各種環(huán)境下的變形和應(yīng)力分布。ANSYS Mechanical軟件可以幫助解決在正常工況下,結(jié)構(gòu)零部件的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性校核問(wèn)題。

船體的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題

船體自由振動(dòng)分析
機(jī)械設(shè)備引起的船體受迫振動(dòng)分析
機(jī)座的減振設(shè)計(jì)

ANSYS Mechanical動(dòng)力學(xué)分析包含模態(tài)分析、瞬態(tài)分析、諧響應(yīng)分析、響應(yīng)譜分析和隨機(jī)振動(dòng)分析,能模擬船體的自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備的減振設(shè)計(jì)。

船體的噪聲問(wèn)題

研究船體設(shè)備的振動(dòng)引起的聲輻射
水下艦艇的聲輻射性能研究
阻尼與隔振技術(shù)分析
聲學(xué)-結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)分析

船體噪音主要來(lái)源于機(jī)械噪音和流體噪音。借助ANSYS Mechanical軟件聲振耦合分析功能,通過(guò)合理地優(yōu)化船舶總體結(jié)構(gòu)與各部件,達(dá)到減振降噪的目的。

艦艇的抗爆性問(wèn)題

沖擊、碰撞或水下爆炸作用下艦艇局部抗爆性分析

ANSYS LS-DYNA或ANSYS AUTODYN軟件是顯式動(dòng)力學(xué)分析軟件,模擬船體在短時(shí)間高峰值載荷作用下的時(shí)間歷程響應(yīng),包括材料的變形、失效以及斷裂等,為結(jié)構(gòu)抗爆性問(wèn)題提供完備的解決方案。

船體的疲勞耐久性問(wèn)題

船體結(jié)構(gòu)疲勞分析
局部焊縫疲勞分析

船舶受到波浪、風(fēng)、慣性等交變載荷作用,易造成結(jié)構(gòu)的疲勞損傷。疲勞破壞是船體結(jié)構(gòu)的主要破壞形式之一。Fe-safe或ANSYS nCode Designlife高級(jí)疲勞分析和設(shè)計(jì)軟件可分析船體與零部件由于反復(fù)運(yùn)動(dòng)引起的高、低周疲勞問(wèn)題及板架焊縫疲勞問(wèn)題。

船舶的總體性能

船舶水動(dòng)力性能

ANSYS CFD能對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案給出正確的排序。比之水池試驗(yàn),ANSYS CFD分析的長(zhǎng)處是它允許對(duì)更寬范圍的備選船型方案進(jìn)行測(cè)試。比較理想的做法是,它適合用來(lái)選擇有希望的備選設(shè)計(jì)方案作進(jìn)一步的水池試驗(yàn)。ANSYS CFD也指明對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)的部位和方法,比如,顯示出船身上的壓力分布的細(xì)節(jié)。

船舶的動(dòng)力、推進(jìn)問(wèn)題

螺旋槳推進(jìn)性能
舵的性能
磁推進(jìn)

ANSYS CFD不但能提供普通勢(shì)流方法所提供的結(jié)果,如水動(dòng)力性能、槳葉表面的負(fù)荷分布等,還能提供螺旋槳流動(dòng)所特有的一些重要現(xiàn)象與特征,如槳葉邊界層流動(dòng)、流動(dòng)的分離現(xiàn)象、槳葉所受的粘性力以及梢渦的形成與結(jié)構(gòu)、螺旋槳尾流場(chǎng)等。不但能從定性上而且能從定量上預(yù)報(bào)螺旋槳粘流場(chǎng),為螺旋槳噪聲、振動(dòng)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

船舶的耐波性、操縱性、抗沉性問(wèn)題

船舶的回轉(zhuǎn)性分析
船舶在波浪作用下的運(yùn)動(dòng)分析
破倉(cāng)船的穩(wěn)性分析
甲板上浪分析

CFD軟件的動(dòng)網(wǎng)格、六自由度、UDF技術(shù)、多相流技術(shù)能有效模擬船舶領(lǐng)域關(guān)注的耐波性、操縱性、抗沉性、穩(wěn)性的問(wèn)題。

船舶的穩(wěn)性問(wèn)題

初穩(wěn)性、大傾角穩(wěn)性、動(dòng)穩(wěn)性分析
復(fù)雜海況下船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)分析
系泊分析
波浪載荷的傳遞

船舶在水中運(yùn)行時(shí),受波浪、海流和風(fēng)的聯(lián)合作用,船舶發(fā)生搖動(dòng),影響船員的舒適度和船用設(shè)備的運(yùn)行。當(dāng)船舶靠岸時(shí),需要用錨鏈?zhǔn)蛊涔潭ㄔ诖a頭,錨鏈的強(qiáng)度與系泊穩(wěn)性也是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)問(wèn)題。ANSYS AQWA多體水動(dòng)力分析軟件可模擬船舶在各種復(fù)雜海況下的穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng),集成的纜索動(dòng)力學(xué)模塊能解決船舶系泊設(shè)計(jì)的問(wèn)題。計(jì)算船舶受到的波浪載荷,并能傳遞給結(jié)構(gòu)分析軟件,進(jìn)行強(qiáng)度分析評(píng)估。

船舶的通風(fēng)火災(zāi)、舒適性問(wèn)題

工作環(huán)境惡劣艙室的通風(fēng)性分析
豪華游艇艙室的舒適性分析
潛艇及重要船舶火災(zāi)分析
液化氣船泄漏分析

船舶的設(shè)計(jì)越來(lái)越重視“以人為本”,關(guān)注船的通風(fēng)及舒適性,關(guān)注火災(zāi)的影響,ANSYS CFD能有效模擬船舶的通風(fēng)性,艙室內(nèi)的舒適性,以及對(duì)火災(zāi)的仿真分析。

其他(船舶設(shè)備、人群疏散等問(wèn)題)

船用泵的性能分析
管路內(nèi)流動(dòng)分析
船用柴油機(jī)性能分析
人群疏散的逃生分析

借助ANSYS CFD軟件能有效提升船舶的配套設(shè)備的性能,如船用發(fā)動(dòng)機(jī)流場(chǎng)分析、管道內(nèi)流場(chǎng)分析、船用空調(diào)系統(tǒng)流場(chǎng)分析、船用電機(jī)溫度場(chǎng)分析、船用電器、機(jī)箱、顯控臺(tái)、相關(guān)電子設(shè)備的散熱分析。另外,船舶發(fā)生火災(zāi)及突發(fā)事件的逃生問(wèn)題越來(lái)越引發(fā)關(guān)注,STEPS軟件能有效模擬人群的疏散逃生路線。

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