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    MSC Nastran在船舶CAE中的成功應用

    2012-12-24 MSC

    船舶CAE在經過了多年使用經驗的積累和方法的研究之后,目前無論是造船廠還是研究院所或是高校,無論是船舶的總體設計部門,還是船用設備或是零部件設計人員,都急需統一CAE平臺,MSC Nastran正是應我們的船舶用戶有這樣的迫切需求,真正實現了多學科聯合仿真。以往的船舶CAE仿真,涉及的單點問題主要有以下方面:

    結構靜強度,剛度,振動,優化以及在復合材料領域的研究和應用,這些問題在傳統的Nastran中就可以實現,并且計算精度高,而最新的MSC Nastran包含了原有的Nastran的所有功能,而且還進一步拓展了計算規模和計算效率,在功能上比原來傳統的Nastran有更多,更新的內容,比如模型的裝配定義,復合材料的研究方面。

    結構非線性分析,失穩和失效分析,多物理場耦合,諸如修船和改裝船時考慮的殘余應力,材料損傷引起的裂紋等,這些問題用MSC Nastran中的Sol400和Sol600就可以實現仿真。Sol400增強了Nastran原有非線性求解的功能,可以進行非線性接觸模型的定義,具有非線性單元及材料。Sol600則集成了Marc高度非線性,多物理場,加工成型,高級熱分析的功能。這兩大求解序列對于有效計算船舶的非線性問題,尤其是非線性屈曲,還有船用發動機的熱機耦合和高度非線性問題提供了專業的CAE工具。

    船舶的碰撞,擱淺,晃蕩,水下爆炸等顯式非線性問題完全可以使用MSC Nastran的Sol700來進行求解,Sol700就是Dytran和LS-Dyna,而這個兩個軟件一直以來在非線性瞬態動力學領域都是最主流的產品,尤其在以往的船舶CAE分析中也有非常成功的案例,比如船船碰撞,船橋碰撞的分析,晃蕩分析等,而現在完全集成于MSC Nastran的平臺下,不需要重復建立模型,而且對歐拉域的求解同時支持并行求解,大大提高了仿真效率。

    艦艇和豪華游船的減振降噪問題,這在以往的單點式CAE分析流程中處理非常復雜,很多聲學軟件都需要CAE分析者在結構振動計算完成后進行大量的數據處理,才能進行后續的噪聲分析。新的MSC Nastran加入Actran的無限元技術,這樣就可以在Nastran中實現內外噪聲的分析,而無須更換分析平臺,省去了繁冗的手工數據處理,也方便了CAE分析。

    現在在船舶領域也越來越多地涉及到多體運動和控制方面的分析需求,比如船用設備在航運過程中或是靠岸時的使用性能,港口設備,海洋平臺,超大型海上漂浮結構,艦艇等的運動和操控性能的分析。MSC Nastran的發展正是考慮了跨越多學科的需求,與本公司的多體動力學和控制分析的Adams集成更加緊密,通過SimXpert在一個平臺上實現真正意義上的多學科仿真。

    船舶CAE分析還有一個重要的學科就是計算流體力學及流固耦合。MSC Nastran Sol400的OpenFSI,通過MpCCI,實現和計算流體力學軟件之間的真正意義上的強耦合分析,而不是簡單地將CFD分析的數據通過手工傳遞給FEA進行結構分析。

    MSC最新的理念和技術就是要用“單一船模型”來實現不同學科的CAE仿真,從而縮短船舶CAE分析的周期,加速設計流程的實施,最后實現和造船發達國家造船周期相同,甚至更短的目標。

    標簽: 船舶
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