【應用】船舶總體----ANSYS在工業(yè)品設計中的應用

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

船舶工業(yè)是為航運業(yè)、海洋開發(fā)及國防建設提供技術裝備的綜合性產(chǎn)業(yè)。中國造船業(yè)在全球市場上所占的比重一直處于較高水平,中國已經(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)過程中常涉及到強度、剛度、振動與噪聲、抗爆性、疲勞、總體性能、快速性、操縱性與耐波性、穩(wěn)性等多方面的技術問題,民船的設計往往更偏向于提高結(jié)構(gòu)強度、載重量和快速性等方面,所以民船設計的主要技術問題集中于結(jié)構(gòu)強度與水動力性能方面。

近10年來,船舶行業(yè)飛速發(fā)展,新的設計規(guī)范對設計提出新的要求。所有的這些變化都表明船舶設計進入創(chuàng)新為主流的時代,這使傳統(tǒng)的、基于工程回歸分析和經(jīng)驗的船舶設計方法越來越無能為力。目前,新型船舶大量出現(xiàn),結(jié)構(gòu)設計以及多種型線設計方案的優(yōu)化需要進行大量船模實驗,如何減少實驗次數(shù),減小費用開支,縮短周期是船舶設計急需解決的問題。下文是CAE仿真技術在解決船舶總體設計與研發(fā)過程中部分常見工程問題的簡要介紹:

船體的強度、剛度問題

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

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

船體的動力學問題

船體自由振動分析
機械設備引起的船體受迫振動分析
機座的減振設計

ANSYS Mechanical動力學分析包含模態(tài)分析、瞬態(tài)分析、諧響應分析、響應譜分析和隨機振動分析,能模擬船體的自由振動和受迫振動。并在此基礎上進行設備的減振設計。

船體的噪聲問題

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

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

艦艇的抗爆性問題

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

船體的疲勞耐久性問題

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、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高級疲勞分析和設計軟件可分析船體與零部件由于反復運動引起的高、低周疲勞問題及板架焊縫疲勞問題。

船舶的總體性能

船舶水動力性能

ANSYS CFD能對不同的設計方案給出正確的排序。比之水池試驗,ANSYS CFD分析的長處是它允許對更寬范圍的備選船型方案進行測試。比較理想的做法是,它適合用來選擇有希望的備選設計方案作進一步的水池試驗。ANSYS CFD也指明對設計方案進行改進的部位和方法,比如,顯示出船身上的壓力分布的細節(jié)。

船舶的動力、推進問題

螺旋槳推進性能
舵的性能
磁推進

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

船舶的耐波性、操縱性、抗沉性問題

船舶的回轉(zhuǎn)性分析
船舶在波浪作用下的運動分析
破倉船的穩(wěn)性分析
甲板上浪分析

CFD軟件的動網(wǎng)格、六自由度、UDF技術、多相流技術能有效模擬船舶領域關注的耐波性、操縱性、抗沉性、穩(wěn)性的問題。

船舶的穩(wěn)性問題

初穩(wěn)性、大傾角穩(wěn)性、動穩(wěn)性分析
復雜海況下船舶運動響應分析
系泊分析
波浪載荷的傳遞

船舶在水中運行時,受波浪、海流和風的聯(lián)合作用,船舶發(fā)生搖動,影響船員的舒適度和船用設備的運行。當船舶靠岸時,需要用錨鏈使其固定在碼頭,錨鏈的強度與系泊穩(wěn)性也是一個重要的設計問題。ANSYS AQWA多體水動力分析軟件可模擬船舶在各種復雜海況下的穩(wěn)性和運動,集成的纜索動力學模塊能解決船舶系泊設計的問題。計算船舶受到的波浪載荷,并能傳遞給結(jié)構(gòu)分析軟件,進行強度分析評估。

船舶的通風火災、舒適性問題

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

船舶的設計越來越重視“以人為本”,關注船的通風及舒適性,關注火災的影響,ANSYS CFD能有效模擬船舶的通風性,艙室內(nèi)的舒適性,以及對火災的仿真分析。

其他(船舶設備、人群疏散等問題)

船用泵的性能分析
管路內(nèi)流動分析
船用柴油機性能分析
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備的性能,如船用發(fā)動機流場分析、管道內(nèi)流場分析、船用空調(diào)系統(tǒng)流場分析、船用電機溫度場分析、船用電器、機箱、顯控臺、相關電子設備的散熱分析。另外,船舶發(fā)生火災及突發(fā)事件的逃生問題越來越引發(fā)關注,STEPS軟件能有效模擬人群的疏散逃生路線。

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