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    MSC Nastran在船舶CAE中的成功应用

    2012-12-24 MSC

    船舶CAE在经过了多年使用经验的积累和方法的研究之后,目前无论是造船厂还是研究院所或是高校,无论是船舶的总体设计部门,还是船用设备或是零部件设计人员,都急需统一CAE平台,MSC Nastran正是应我们的船舶用户有这样的迫切需求,真正实现了多学科联合仿真。以往的船舶CAE仿真,涉及的单点问题主要有以下方面:

    结构静强度,刚度,振动,优化以及在复合材料领域的研究和应用,这些问题在传统的Nastran中就可以实现,并且计算精度高,而最新的MSC Nastran包含了原有的Nastran的所有功能,而且还进一步拓展了计算规模和计算效率,在功能上比原来传统的Nastran有更多,更新的内容,比如模型的装配定义,复合材料的研究方面。

    结构非线性分析,失稳和失效分析,多物理场耦合,诸如修船和改装船时考虑的残余应力,材料损伤引起的裂纹等,这些问题用MSC Nastran中的Sol400和Sol600就可以实现仿真。Sol400增强了Nastran原有非线性求解的功能,可以进行非线性接触模型的定义,具有非线性单元及材料。Sol600则集成了Marc高度非线性,多物理场,加工成型,高级热分析的功能。这两大求解序列对于有效计算船舶的非线性问题,尤其是非线性屈曲,还有船用发动机的热机耦合和高度非线性问题提供了专业的CAE工具。

    船舶的碰撞,搁浅,晃荡,水下爆炸等显式非线性问题完全可以使用MSC Nastran的Sol700来进行求解,Sol700就是Dytran和LS-Dyna,而这个两个软件一直以来在非线性瞬态动力学领域都是最主流的产品,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,船桥碰撞的分析,晃荡分析等,而现在完全集成于MSC Nastran的平台下,不需要重复建立模型,而且对欧拉域的求解同时支持并行求解,大大提高了仿真效率。

    舰艇和豪华游船的减振降噪问题,这在以往的单点式CAE分析流程中处理非常复杂,很多声学软件都需要CAE分析者在结构振动计算完成后进行大量的数据处理,才能进行后续的噪声分析。新的MSC Nastran加入Actran的无限元技术,这样就可以在Nastran中实现内外噪声的分析,而无须更换分析平台,省去了繁冗的手工数据处理,也方便了CAE分析。

    现在在船舶领域也越来越多地涉及到多体运动和控制方面的分析需求,比如船用设备在航运过程中或是靠岸时的使用性能,港口设备,海洋平台,超大型海上漂浮结构,舰艇等的运动和操控性能的分析。MSC Nastran的发展正是考虑了跨越多学科的需求,与本公司的多体动力学和控制分析的Adams集成更加紧密,通过SimXpert在一个平台上实现真正意义上的多学科仿真。

    船舶CAE分析还有一个重要的学科就是计算流体力学及流固耦合。MSC Nastran Sol400的OpenFSI,通过MpCCI,实现和计算流体力学软件之间的真正意义上的强耦合分析,而不是简单地将CFD分析的数据通过手工传递给FEA进行结构分析。

    MSC最新的理念和技术就是要用“单一船模型”来实现不同学科的CAE仿真,从而缩短船舶CAE分析的周期,加速设计流程的实施,最后实现和造船发达国家造船周期相同,甚至更短的目标。

    标签: 船舶
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