項目背景

     修改船舶舵機的設(shè)計方案后，需要在安裝前對船舵組件在經(jīng)受近距離爆炸 事件時的沖擊載荷抵御能力進行評估。為解決這一問題，Assystem 采用彈塑性材料模型進行了顯式動力學(xué)分析。 在此過程中，Assystem 利用高性能有限元前處理軟件 HyperMesh 生 成網(wǎng)格，隨后在先進的結(jié)構(gòu)求解器 RADIOSS 中進行分析，并通過后處理工具 HyperView 核查得出的結(jié)果。他們對多種載荷情況進行仿真測試并得出結(jié)果， 以確保找出制約抗沖擊性的因素。

     “借助 HyperWorks 仿真套件，Assystem 成功確定了船舵遭受近距離爆炸時的抗沖擊性能。在此基礎(chǔ)上，我們很快找出了設(shè)計方面的問題，并加以解決和優(yōu)化。”

David Hunt    首席應(yīng)力工程師    Assystem

       Assystem 將測試案例與憑經(jīng)驗得出的解決方案的比較結(jié)合起來，通過查看內(nèi)置質(zhì)量核查以及監(jiān)測輸出對模型進行校驗。除強度校核外，Assystem 還評估了截面受力和密封位移情況。基于這些分析結(jié)果，設(shè)計方案得到了大幅度優(yōu)化。

解決方案

      在成功構(gòu)建出舵機及其附近船體結(jié)構(gòu)的有限元模型后，研究人員向模型施加了與爆炸事件所產(chǎn)生沖擊載荷強度相 同的載荷，并對模型的抗沖擊情況進行了檢查和評估。

     此外，他們還對船舵組件及其附近的一部分船體結(jié)構(gòu)施加了壓力和速度隨時間變化的脈沖波。隨著對塑性應(yīng)變、 密封偏差和截面受力情況的監(jiān)測，相應(yīng)結(jié)構(gòu)得到確定。他們分別考慮了多種情況，每種情況下都會向三個主軸同時施 加載荷。

 

 

      此分析過程通過 RADIOSS 完成。RADIOSS 是一款功能強大的設(shè)計工具，被廣泛應(yīng)用于全球各個行業(yè)，能有效提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗沖擊性、安全性和工藝性。對舵機盒進行仿真時采用了彈塑性材料模型，以便形成永久塑性形變，利于捕獲數(shù)據(jù)。設(shè)計人員借此定義了接觸區(qū)域，其中包括接合區(qū)域和附近表面的摩擦接觸點。外殼的外切割邊緣上應(yīng)用了施加的速度曲線。此外，他們還對外表面施加了壓力脈沖。分析過程中，載荷從不同方向造成沖擊，以確保找出制約抗沖擊性的因素。

  對分析結(jié)果的校驗按照以下步驟進行：

   ◆通過比對經(jīng)驗公式，檢驗所選單元技術(shù)的可行性。

   ◆執(zhí)行模態(tài)分析后將結(jié)果與經(jīng)驗公式進行比對。

   ◆對彎曲和局部應(yīng)變集中局域進行網(wǎng)格優(yōu)化。

   ◆檢查單元質(zhì)量。

   ◆檢查質(zhì)量和反應(yīng)性。

   ◆核查是否存在單元沙漏能和質(zhì)量縮放誤差。

   分析校驗過程由具有高達48和64并行核心的計算機集群完成。此外，還使用了雙精度求解器并啟用RADIOSS進行并行處理，以確保為并行求解所選的域的數(shù)量和位置不會影響最終解決方案。

   評估時計算了以下分析輸出：

   ◆塑形應(yīng)變

   ◆截面力

   ◆密封移動量

   ◆致動器驅(qū)動力

   ◆速度響應(yīng)

結(jié)論

      分析模型的相關(guān)驗證核查完成。基于分析結(jié)果，設(shè)計方案得到了改良。 在舵承的最初設(shè)計方案中，由于舵桿和舵承之間存在作用力，產(chǎn)生的彎曲力矩使下側(cè)支架非常容易發(fā)生形變。因此 Assystem 通過將舵承支架連接至密封架來強化其抗彎強度。肩部的剖面幾何特性也因此得到了優(yōu)化。