使用 RADIOSS 提高船舵對近距離爆炸事件沖擊載荷的抵御能力
行業：海事
挑戰：評估船舵組件對近距離爆炸沖 擊載荷的抵御能力。
Altair 解決方案：使用 HyperWorks 對船舵進行顯式動力學分析。
優點：強化舵承支架以提高抗彎強度。
客戶介紹
海事、造船和近海產業的工程師需要面對物理空間受限、極端氣候條件、 深水和遠程位置等各種設計挑戰。這些約束條件讓工程師的工作環境變得非常 極端，使他們很難開發出有效、可靠和安全的作業平臺。而使用仿真技術能提 高設計效率并減少實際測試成本，因此它始終是應對海運業工程設計挑戰的最 佳方法之一。
Assystem 擁有 50 年的行業經驗，是全球最大產業集群的關鍵合作伙伴之 一。該產業集群包括：空客、阿海琺、阿爾斯通、EDF、EADS、通用電氣、 奔馳、標致、雷諾、勞斯萊斯、賽峰集團和泰雷茲等。 Assystem 工程設計團隊的宗旨是：設計和開發滿足未來需求的產品和服 務、打造優質產品并確保其在整個生命周期內得到最優使用，以及協調和完成 項目與基礎設施的實施。秉承上述宗旨，Assystem 工程設計團隊取得了輝煌 成績，深得客戶信任。
項目背景
修改船舶舵機的設計方案后，需要在安裝前對船舵組件在經受近距離爆炸 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分析。 在此過程中，Assystem 利用 Altair 的高性能有限元前處理軟件 HyperMesh 生 成網格，隨后在先進的結構求解器 RADIOSS 中進行分析，并通過后處理工具 HyperView 核查得出的結果。他們對多種載荷情況進行仿真測試并得出結果， 以確保找出制約抗沖擊性的因素。
Assystem 將測試案例與憑經驗得出的解決方案的比較結合起來，通過查 看內置質量核查以及監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。基于這些分析結果，設計方案得到了大幅度 優化。
“借助 Altair 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。在此基礎上，我們很快找出了設計方面的問題，并加以解決和優化。”
David Hunt
首席應力工程師
Assystem
解決方案
在成功構建出舵機及其附近船體結構的有限元模型后，研究人員向模型施加了與爆炸事件所產生沖擊載荷強度相 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構施加了壓 力和速度隨時間變化的脈沖波。隨著對塑性應變、密封偏差和截面受力情況的監測，相應結構得到確定。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計工具，被廣泛應用于全球各個行業，能有效 提高結構設計的抗沖擊性、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，利于捕獲數據。設計人員借此定義了接觸 區域，其中包括接合區域和附近表面的摩擦接觸點。
外殼的外切割邊緣上應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。
對分析結果的校驗按照以下步驟進行：
? 通過比對經驗公式，檢驗所選單元技術的可行性。
? 執行模態分析后將結果與經驗公式進行比對。
? 對彎曲和局部應變集中局域進行網格優化。
? 檢查單元質量。
? 檢查質量和反應性。
? 核查是否存在單元沙漏能和質量縮放誤差。
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：
? 塑形應變
? 截面力
? 密封移動量
? 致動器驅動力
? 速度響應
結論
分析模型的相關驗證核查完成。基于分析結果，設計方案得到了改良。 在舵承的最初設計方案中，由于舵桿和舵承之間存在作用力，產生的彎曲力矩使下側支架非常容易發生形變。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化。
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