得益于近些年來計算機行業(yè)的發(fā)展以及CFD技術(shù)（Computational Fluid Dynamics）日趨完善，CFD技術(shù)在船舶行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)取得了長足的進步，其長遠目標-數(shù)值水池，是一種能夠代替船模水池實驗的數(shù)字水池，為船舶水動力性能設(shè)計提供全尺度的精確模擬。它不僅可以預(yù)報各類船舶在靜水中航行時的阻力，提高船槳舵的整體推進性能，還可以根據(jù)風(fēng)、浪、流等環(huán)境載荷，預(yù)報船舶在海浪上的航行，加強船舶在惡劣海況下的性能。

船型優(yōu)化

       船型優(yōu)化是目前CFD技術(shù)在船舶行業(yè)內(nèi)的一項主要應(yīng)用，所謂的船型優(yōu)化只指通過改變船體線型以改進船體周圍流場以及尾部伴流場，最終實現(xiàn)船舶航行時的阻力降低和推進效率的提升。

                                                        船體尾部優(yōu)化前后的伴流場對比

       可見要準確獲取船舶周圍流場信息對船型設(shè)計是非常重要的，而這正是CFD所能提供的。相較于傳統(tǒng)的水池模型實驗，CFD不僅能夠完成模型尺度下的計算，還可以進行全尺度的分析，避免了模型船和實船之間的尺度效應(yīng)誤差。CFD技術(shù)的另外一大優(yōu)勢在于它的快速響應(yīng)以及經(jīng)濟性，相較于耗費數(shù)周的時間且動輒數(shù)十萬元的水池實驗，一個普通的CFD船體阻力計算在個人電腦上花上幾個小時甚至幾十分鐘就可以完成，且對比大量的水池實驗表明目前成熟的CFD軟件能夠提供5%以內(nèi)的阻力誤差精度，足以滿足實際需求。

                                                  水池船模實驗vs CFD數(shù)值水池

優(yōu)化方法

       傳統(tǒng)的優(yōu)化方式是依賴于手動調(diào)整船體線型，這是一個反復(fù)迭代的過程，非常需要工程師的耐心和經(jīng)驗，因此只能局限于對少數(shù)工況的優(yōu)化，比如1-2個航速下的阻力表現(xiàn)。考慮到現(xiàn)在很多船舶需要在多種吃水及航速狀態(tài)下完成作業(yè)，完全依賴這種手動優(yōu)化的方式無疑是繁瑣的，特別是還要考慮光順性以及各種限制條件（排水量，船艙布置等）。

       CAESES則可以方便地統(tǒng)計并分析不同參數(shù)對不同工況下的船體性能的影響，并考慮到各種限制條件。與此同時，它所提供的參數(shù)化建模技術(shù)加上先進的自動優(yōu)化策略，能幫助用戶實現(xiàn)全自動的優(yōu)化流程，提高工作效率。

                                                             全參數(shù)化船體建模

                                                          雙尾鰭全參數(shù)模型

 Meta Surface是CAESES的核心造面技術(shù)，用以創(chuàng)建船體復(fù)雜曲面，保證各個部分光順連接。

                                                               設(shè)計樣本空間分析

       除了全參數(shù)化建模外，CAESES還提供了強大的半?yún)?shù)化變形功能以及表面預(yù)處理功能，適用于對已有船體曲面的局部或是全局變形。下面這個視頻展示了CAESES針對破損的IGS船體做變形調(diào)整，盡管目標船體表面質(zhì)量較差，CAESES仍然可以方便地添加變形調(diào)整并修復(fù)表面。

                                                                   尾部變形 

                                                                         球艏變形

CAESES介紹

        CAESES是德國FRIENDSHIP SYSTEMS公司開發(fā)的一款仿真驅(qū)動優(yōu)化設(shè)計軟件，南京天洑軟件有限公司為FRIENDSHIP股東和CAESES中國區(qū)總代理。CAESES自2001年發(fā)布第一個版本以來，廣泛應(yīng)用于船舶，葉輪機械，汽車零部件，航空航天，閥門管道等工程領(lǐng)域。

功能特色
1、強大的前期CAD及前處理模塊

● 擁有大量的曲線及曲面庫，可進行全參數(shù)化或部分參數(shù)化建模，強大的曲面造型技術(shù)能夠有效的減少構(gòu)建復(fù)雜曲面所需的參數(shù)。

● 建成的模型可優(yōu)化自由度極高，同時可以添加約束，使自動生成的幾何都能夠滿足設(shè)定的標準，從而使得最終的優(yōu)化結(jié)果能夠應(yīng)用于工程實際。

● 在幾何拓撲改變時也能保證模型的精確性和完整性，保證優(yōu)化過程的批量計算的順暢進行。

2、與仿真軟件的無縫耦合

● CAESES自帶的軟件耦合器，能夠?qū)⒕W(wǎng)格生成器、CFD求解器以及其他一些分析工具快速、直接的耦合在一起，并且能夠根據(jù)分析結(jié)果直接反饋調(diào)整幾何模型，減少中間環(huán)節(jié)，從而保證優(yōu)化流程更加流暢。

● 可以通過設(shè)定批處理文件進行控制，批處理中可以設(shè)定幾何變量的變化以及邊界條件、求解器及網(wǎng)格設(shè)定的變化。

3、可進行大型數(shù)據(jù)分析的后處理模塊

● CAESES的后處理模塊可以加載CFD計算流場結(jié)果，可以快速瀏覽不同設(shè)計變種的結(jié)果。

● CAESES可以自動生成一系列的數(shù)據(jù)列表，能夠?qū)Ω髯兞繉δ繕撕瘮?shù)的影響進行敏感度分析，并能夠自動生成包括蛛網(wǎng)圖、Pareto         frontier圖在內(nèi)的文件報告。

4、豐富的優(yōu)化算法

● CAESES擁有多種不同的算法，來控制設(shè)計變量的變化，從而生成不同的新的設(shè)計變種，包括DoE（例如Sobol算法等）及單目標/多目標優(yōu)化算法（例如梯度下降法、遺傳算法NSGA-II、模擬退火MOSA算法等）。

● 這些優(yōu)化算法都能夠設(shè)定等式及不等式約束，確保生產(chǎn)的設(shè)計變種滿足要求。

                                                    CAESES國內(nèi)外船舶行代表用戶

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