【应用】船舶总体----ANSYS在工业品设计中的应用

2016-09-05 by:CAE仿真在线来源:互联网

船舶工业是为航运业、海洋开发及国防建设提供技术装备的综合性产业。中国造船业在全球市场上所占的比重一直处于较高水平,中国已经成为全球重要的造船中心之一。船舶从用途上分类,可分为军用船舶和民用船舶两大类。在军船的研发过程中常涉及到强度、刚度、振动与噪声、抗爆性、疲劳、总体性能、快速性、操纵性与耐波性、稳性等多方面的技术问题,民船的设计往往更偏向于提高结构强度、载重量和快速性等方面,所以民船设计的主要技术问题集中于结构强度与水动力性能方面。

近10年来,船舶行业飞速发展,新的设计规范对设计提出新的要求。所有的这些变化都表明船舶设计进入创新为主流的时代,这使传统的、基于工程回归分析和经验的船舶设计方法越来越无能为力。目前,新型船舶大量出现,结构设计以及多种型线设计方案的优化需要进行大量船模实验,如何减少实验次数,减小费用开支,缩短周期是船舶设计急需解决的问题。下文是CAE仿真技术在解决船舶总体设计与研发过程中部分常见工程问题的简要介绍:

船体的强度、刚度问题

船舶总体结构静强度分析
船舶分段、上层建筑、甲板、龙骨、外板、机座等局部静强度分析
引擎、管路系统热应力分析

船舶总体结构设计中需要考虑船体在各种环境下的变形和应力分布。ANSYS Mechanical软件可以帮助解决在正常工况下,结构零部件的强度、刚度及稳定性校核问题。

船体的动力学问题

船体自由振动分析
机械设备引起的船体受迫振动分析
机座的减振设计

ANSYS Mechanical动力学分析包含模态分析、瞬态分析、谐响应分析、响应谱分析和随机振动分析,能模拟船体的自由振动和受迫振动。并在此基础上进行设备的减振设计。

船体的噪声问题

研究船体设备的振动引起的声辐射
水下舰艇的声辐射性能研究
阻尼与隔振技术分析
声学-结构耦合场分析

船体噪音主要来源于机械噪音和流体噪音。借助ANSYS Mechanical软件声振耦合分析功能,通过合理地优化船舶总体结构与各部件,达到减振降噪的目的。

舰艇的抗爆性问题

冲击、碰撞或水下爆炸作用下舰艇局部抗爆性分析

ANSYS LS-DYNA或ANSYS AUTODYN软件是显式动力学分析软件,模拟船体在短时间高峰值载荷作用下的时间历程响应,包括材料的变形、失效以及断裂等,为结构抗爆性问题提供完备的解决方案。

船体的疲劳耐久性问题

船体结构疲劳分析
局部焊缝疲劳分析

船舶受到波浪、风、惯性等交变载荷作用,易造成结构的疲劳损伤。疲劳破坏是船体结构的主要破坏形式之一。Fe-safe或ANSYS nCode Designlife高级疲劳分析和设计软件可分析船体与零部件由于反复运动引起的高、低周疲劳问题及板架焊缝疲劳问题。

船舶的总体性能

船舶水动力性能

ANSYS CFD能对不同的设计方案给出正确的排序。比之水池试验,ANSYS CFD分析的长处是它允许对更宽范围的备选船型方案进行测试。比较理想的做法是,它适合用来选择有希望的备选设计方案作进一步的水池试验。ANSYS CFD也指明对设计方案进行改进的部位和方法,比如,显示出船身上的压力分布的细节。

船舶的动力、推进问题

螺旋桨推进性能
舵的性能
磁推进

ANSYS CFD不但能提供普通势流方法所提供的结果,如水动力性能、桨叶表面的负荷分布等,还能提供螺旋桨流动所特有的一些重要现象与特征,如桨叶边界层流动、流动的分离现象、桨叶所受的粘性力以及梢涡的形成与结构、螺旋桨尾流场等。不但能从定性上而且能从定量上预报螺旋桨粘流场,为螺旋桨噪声、振动提供基础依据。

船舶的耐波性、操纵性、抗沉性问题

船舶的回转性分析
船舶在波浪作用下的运动分析
破仓船的稳性分析
甲板上浪分析

CFD软件的动网格、六自由度、UDF技术、多相流技术能有效模拟船舶领域关注的耐波性、操纵性、抗沉性、稳性的问题。

船舶的稳性问题

初稳性、大倾角稳性、动稳性分析
复杂海况下船舶运动响应分析
系泊分析
波浪载荷的传递

船舶在水中运行时,受波浪、海流和风的联合作用,船舶发生摇动,影响船员的舒适度和船用设备的运行。当船舶靠岸时,需要用锚链使其固定在码头,锚链的强度与系泊稳性也是一个重要的设计问题。ANSYS AQWA多体水动力分析软件可模拟船舶在各种复杂海况下的稳性和运动,集成的缆索动力学模块能解决船舶系泊设计的问题。计算船舶受到的波浪载荷,并能传递给结构分析软件,进行强度分析评估。

船舶的通风火灾、舒适性问题