【應用】船舶總體----ANSYS在工業(yè)品設(shè)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(shè)提供技術(shù)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(shù)問題,民船的設(shè)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(shè)計的主要技術(shù)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(shè)計規(guī)范對設(shè)計提出新的要求。所有的這些變化都表明船舶設(shè)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(shè)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(shè)計以及多種型線設(shè)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(shè)計急需解決的問題。下文是CAE仿真技術(shù)在解決船舶總體設(shè)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(shè)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(shè)備引起的船體受迫振動分析
機座的減振設(shè)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(chǔ)上進行設(shè)備的減振設(shè)計。

船體的噪聲問題

研究船體設(shè)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(shù)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(shè)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(shè)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(shè)計方案作進一步的水池試驗。ANSYS CFD也指明對設(shè)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(chǔ)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(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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計越來越重視“以人為本”,關(guān)注船的通風及舒適性,關(guān)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(shè)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(shè)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(guān)電子設(shè)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(guān)注,STEPS軟件能有效模擬人群的疏散逃生路線。

相關(guān)ANSYS軟件模塊: