ansys船舶仿真的案例
干貨視頻 | ANSYS船舶海洋工程領域仿真解決方案
ANSYS作為工程仿真領域的領導者，在海工領域擁有完整的仿真解決方案和大量的企業應用案例，可為海工結構設計提供重要理論指導。
課程內容
01、船舶海洋工程仿真背景概述
02、ANSYS在船舶海洋工程領域的仿真解決方案
03、ANSYS結構產品功能與Aqwa水動力分析功能特點
04、Aqwa與Mechanical耦合仿真計算波浪載荷作用下船體受力變形分析流程
網絡課 | ANSYS船舶海洋工程領域仿真解決方案
ANSYS作為工程仿真領域的領導者，在海工領域擁有完整的仿真解決方案和大量的企業應用案例，可為海工結構設計提供重要理論指導。
1、課程時間
12月30日（15:00-16:30）
2、適用人群
船舶行業、海洋工程、浮式風電、水上機器人、浮標設備、離岸工程等領域研發設計人員。
3、講師介紹
陳 猛
Ansys資深結構工程師
陽普科技金牌講師
碩士畢業于廣東工業大學機械工程學院。擁有8年CAE仿真工作經驗，負責并參入了多項國基項目和工程項目，如超聲波振動系統的研究，硬脆性材料加工過程裂紋擴展的研究，電梯轎架靜動載解析問題，新能源電池包結構強度問題，壓縮機配管系統振動噪聲問題等。目前在陽普科技擔任ANSYS結構工程師一職，負責ANSYS結構產品的售前/售后技術支持以及仿真項目咨詢工作，擁有較為豐富的仿真培訓經驗和工程項目仿真經驗。
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4、課程內容
1
船舶海洋工程仿真背景概述
2
ANSYS在船舶海洋工程領域的仿真解決方案
3
ANSYS結構產品功能與Aqwa水動力分析功能特點
4
Aqwa與Mechanical耦合仿真計算波浪載荷作用下船體受力變形分析流程
5、課程收獲
●了解到仿真軟件可為海工結構設計提供哪些工況類型分析；
●針對具體的應用場景該選用ANSYS中的什么分析模塊以及采用怎樣的仿真技術路線；
●基本掌握Aqwa與Mechanical耦合仿真計算方法。
點擊立即參與報名
來源于：陽普科技sunpro
展開 船舶工程-船舶煙氣流場仿真APP
訪問Simapps平臺，在線計算船舶工程-船舶煙氣流場仿真APP：
https://www.simapps.com/v2/engineering-app/all/33159
船舶計算流體力學 (CFD) - 船舶設計與優化的頂尖仿真工具（免費領文檔）
使用船舶計算流體力學 (CFD) 軟件的主要優勢
使用船舶 CFD 軟件，意味著設計師可以在真實工作條件下檢查船舶性能的每個方面。我們的多物理場 CFD 求解器不斷得以開發，只為提供以下所需的每一種船舶仿真解決方案：
船體阻力預測
螺旋槳性能，包括空化的預測
由螺旋槳或虛擬碟盤組成的自推進系統仿真
預測船舶運動、對海浪的響應和相互作用
空氣動力學和流體動力學組合仿真
流體力學和抗壓力組合仿真
與一維系統仿真工具的協同仿真
通過此概述視頻了解更多信息。
為何對船舶應用全尺寸 CFD 仿真？
以比例模型測試船舶設計給預測增加了不確定性。得到的結果必須放大，才能預測實際性能；而為此采用的經驗關系可能會導致不準確性。可以按全尺寸進行 CFD 建模，而不再需要放大結果。此外，全尺寸仿真可以確保邊界層效應得以正確捕獲，同樣，螺旋槳性能可以準確預測。通過此白皮書詳細了解船舶全尺寸 CFD 仿真的優勢。
使用船舶 CFD 軟件，讓船舶設計師和工程師可以在真實的運行條件下以全尺寸檢測船舶性能。自動化方面的最新進展意味著可以在幾個小時內完成設計測試，便于探索各種不同選項、執行設計優化以及將最高效的設計投入市場。
船舶設計流程各個階段的解決方案
我們的解決方案可以助力創建船舶數字化雙胞胎，從最早的概念階段開始，直到最終的生產設計和運作。我們的解決方案產品組合可以幫助您更快實現設計目標，提供包括以下功能在內的性能預測：
多物理場 CFD 仿真
空氣動力學和流體動力學仿真
一維系統分析
結構完整性和聲學預測
自動化探索和設計優化
智能報告和數據分析
我們的解決方案中包括軟件、物理測試和工程服務，可幫助您滿足甚至超越效率要求。將這些解決方案作為完整產品生命周期管理系統的一部分。
展開 Workbench lS-DYNA船舶碰撞仿真案例，詳解視頻及原模型 ￥69
涉及船舶結構的幾何處理，模型建立，碰撞分析，結果處理等各個方面。設置方法程詳細，結果結果合理。
1. 概述
LS-DYNA 是ANSYS Workbench中一款顯式動力學分析的模塊，廣泛應用于碰撞、沖擊、爆炸等非線性瞬態問題。其核心優勢在于處理大變形、材料失效和復雜接觸問題。以下將結合輪船/防撞梁碰撞案例，說明 LS-DYNA 的關鍵操作流程。本文檔詳細介紹了輪船碰撞仿真的主要技術點，包括幾何處理、材料定義、網格劃分、接觸設置、邊界條件、計算設置和結果分析等內容。通過本指導，用戶可以掌握輪船碰撞仿真的核心步驟和注意事項。
2. 幾何處理
2.1 幾何簡化
使用三維實體單元會導致計算量顯著增加，尤其是在沖擊和震動分析中。所以需要將三維幾何模型簡化為殼模型（Shell Model），以減少計算量。可以使用SpaceClaim、DesignModeler (DM) 或其他三維CAD軟件進行幾何處理，然后將處理好的幾何模型調入LS-DYNA模塊。
在沖擊和震動分析中，使用三維實體單元（如六面體或四面體單元）會顯著增加計算資源消耗。這是因為實體單元需要在三個維度上劃分網格，每個單元需計算位移、應力和應變等多個自由度，導致單元數量龐大且求解時間成倍增長。為解決這一問題，通常將三維幾何模型簡化為殼模型（Shell Model）。殼單元僅需在二維平面上劃分網格，并通過定義厚度參數還原結構的力學特性，既能大幅減少單元數量（通常可縮減至實體模型的10%~30%），又能有效保留結構的抗彎、抗剪性能。幾何簡化可通過專業前處理軟件（如ANSYS SpaceClaim或DesignModeler）完成，也可用其他三維CAD軟件處理。通過合理簡化模型，可在保證結果可靠性的前提下，顯著提升碰撞仿真的計算效率。
展開 聲學仿真：船舶噪聲仿真分析
來源：舟山虛擬仿真驗證平臺
船舶噪聲來源主要有三個，分別是艙室噪聲、水下輻射噪聲以及自噪聲，分別介紹如下：
01
艙室噪聲
艙室噪聲是由船舶的結構噪聲和空氣噪聲共同引起的。除空氣聲源艙室和鄰近艙室中的艙室噪聲主要由空氣噪聲決定外，其它艙室的艙室噪聲主要由結構噪聲決定。
02
水下輻射噪聲
船舶在海上航行時引起的水下輻射噪聲，主要由機械設備振動產生的水下噪聲、螺旋槳噪聲、螺旋槳脈動壓力作用在艉部結構產生的水下噪聲和水動力噪聲組成。
03
自噪聲
自噪聲是指聲納接收換能器所接收到的其載體產生的噪聲和聲納設備本身產生噪聲的總和。
目前噪聲仿真分析技術已擁有聲振耦合分析功能，適用于仿真計算船體設備的振動引起的聲輻射、水下艦艇的聲輻射、阻尼與隔振等問題，并可以通過合理地優化船舶總體結構與各部件，達到減振降噪的目的。圖中是水下某艦艇聲輻射仿真分析應用示例。
展開 三維視景仿真環境下的船舶分油機仿真系統設計
來源：互聯網 作者：羅楚江 滕憲斌 楊期江
關鍵字：船舶分油機 虛擬現實技術 仿真
本文針對目前在實船上廣泛使用的Alfa Laval S系列分油機的EPC-50控制系統，設計了船用分油機的三維視景仿真系統。
船舶分油機是船舶動力系統不可或缺的重要設備之一，其作用是對船舶主機和輔機等設備的燃油和滑油進行分離凈化，其仿真系統的研發有助于輪機模擬器的發展。采用的是以PLC作為控制器，雖然PLC工作穩定可靠，但價格相對貴，增加生產成本。采用單片機作為主控芯片，單片機存在處理速度慢，資源有限等缺點，增加電路的復雜性，也不能夠搭載嵌入式實時操作系統，不能很好的對船舶分油機系統進行仿真模擬。雖然采用了32位嵌入式芯片，但是在軟件的仿真上，采用了二維操作界面，不能真實模擬船舶分油機的狀態。采用虛擬現實技術，制作了船舶分油機的虛擬拆裝3D互系統，但缺乏分油機的管理操作訓練。針對以上問題，本文采用32位嵌入式芯片STM32作為主控芯片，該主控芯片基于ARM Cortex-M4內核，內嵌1M Flash和192KB RAM，并且可以達到168MHz的運行速度，可以輕松運行嵌入式實時操作系統。控制板的軟件設計方面，通過uCOS-II操作系統和以太網通信，實現實時與上位機的交互。采用C#語言，搭建船舶分油機系統的數學模型，并基于3ds MAX和Unity3D平臺，搭建三維上位機操作軟件，將虛擬現實技術引入到船舶分油機模擬器中，建立一個高度逼真的多模式訓練系統，具有很強的沉浸感，從而給學員帶來真實的培訓體驗。
1 系統總體設計
船舶分油機模擬系統是通過數學建模的方法，結合實物控制箱，將實際船舶上的分油機進行仿真的一套系統，船舶分油機模擬系統結構圖如圖1所示。
展開 三維視景仿真環境下的船舶分油機仿真系統設計
來源：互聯網 作者：羅楚江 滕憲斌 楊期江
關鍵字：船舶分油機 虛擬現實技術 仿真
本文針對目前在實船上廣泛使用的Alfa Laval S系列分油機的EPC-50控制系統，設計了船用分油機的三維視景仿真系統。
船舶分油機是船舶動力系統不可或缺的重要設備之一，其作用是對船舶主機和輔機等設備的燃油和滑油進行分離凈化，其仿真系統的研發有助于輪機模擬器的發展。采用的是以PLC作為控制器，雖然PLC工作穩定可靠，但價格相對貴，增加生產成本。采用單片機作為主控芯片，單片機存在處理速度慢，資源有限等缺點，增加電路的復雜性，也不能夠搭載嵌入式實時操作系統，不能很好的對船舶分油機系統進行仿真模擬。雖然采用了32位嵌入式芯片，但是在軟件的仿真上，采用了二維操作界面，不能真實模擬船舶分油機的狀態。采用虛擬現實技術，制作了船舶分油機的虛擬拆裝3D互系統，但缺乏分油機的管理操作訓練。針對以上問題，本文采用32位嵌入式芯片STM32作為主控芯片，該主控芯片基于ARM Cortex-M4內核，內嵌1M Flash和192KB RAM，并且可以達到168MHz的運行速度，可以輕松運行嵌入式實時操作系統。控制板的軟件設計方面，通過uCOS-II操作系統和以太網通信，實現實時與上位機的交互。采用C#語言，搭建船舶分油機系統的數學模型，并基于3ds MAX和Unity3D平臺，搭建三維上位機操作軟件，將虛擬現實技術引入到船舶分油機模擬器中，建立一個高度逼真的多模式訓練系統，具有很強的沉浸感，從而給學員帶來真實的培訓體驗。
1 系統總體設計
船舶分油機模擬系統是通過數學建模的方法，結合實物控制箱，將實際船舶上的分油機進行仿真的一套系統，船舶分油機模擬系統結構圖如圖1所示。
展開 船舶噪聲仿真分析
船舶噪聲來源主要有三個，分別是艙室噪聲、水下輻射噪聲以及自噪聲，分別介紹如下：
01
艙室噪聲
艙室噪聲是由船舶的結構噪聲和空氣噪聲共同引起的。除空氣聲源艙室和鄰近艙室中的艙室噪聲主要由空氣噪聲決定外，其它艙室的艙室噪聲主要由結構噪聲決定。
02
水下輻射噪聲
船舶在海上航行時引起的水下輻射噪聲，主要由機械設備振動產生的水下噪聲、螺旋槳噪聲、螺旋槳脈動壓力作用在艉部結構產生的水下噪聲和水動力噪聲組成。
03
自噪聲
自噪聲是指聲納接收換能器所接收到的其載體產生的噪聲和聲納設備本身產生噪聲的總和。
目前噪聲仿真分析技術已擁有聲振耦合分析功能，適用于仿真計算船體設備的振動引起的聲輻射、水下艦艇的聲輻射、阻尼與隔振等問題，并可以通過合理地優化船舶總體結構與各部件，達到減振降噪的目的。圖中是水下某艦艇聲輻射仿真分析應用示例。
展開 船舶航向控制器設計與仿真
來源：互聯網 作者：馮嘉儀 劉教瑜 黃珍
關鍵字：船舶 船舶航向控制器 PID算法 MATLAB
詳細論述了船舶航向控制器的設計與仿真。首先，在MATLAB的Simulink環境中構建船舶航向控制系統的仿真模型，然后通過仿真分析來確定航向控制器的關鍵參數，最后進行調試。
1 船舶航向控制系統簡介
船舶航向運動控制系統由航向給定環節、航向檢測環節、給定航向與實際航向比較環節、控制器、執行機構——舵、調節對象——船等組成。航向控制問題包含兩個方面：航向保持和航向機動性。為了到達目的地和減少燃料的消耗，總是力求使船舶以一定的速度作直線航行，這就是船舶的航向保持問題，即航向穩定性問題：而當在預定的航線上發現障礙物或其它船舶時，或者在有限航道內航行，必須及時改變航速和航向，這就是船舶航行的機動性問題。這兩個方面是衡量一艘船舶操縱性好壞的標志，操縱性直接關系到船舶的使用效能和安全性。因此，船舶航向控制主要分航向保持與航向改變兩種模式。當船舶處于某個設定航線航行時，即航向保持問題；當設定航向發生改變時，船舶需要打舵回轉，即船舶跟蹤問題，前者是船舶在受到各種擾動時以最小的控制力保持在設定航向上，后者希望以最小的超調迅速準確地跟蹤新的設定航向。本文主要研究船舶航向保持問題。
船舶在運動過程中，指令航向由指揮人員給定，船舶的實際航向一般由羅經來測量，在受到外界干擾的情況下，會使船舶偏航，羅經所測得的實際航向與給定的航向進行比較，得出航向誤差信號，該信號送到自動舵系統中，自動舵系統根據所規定的控制規律進行計算，得出一個舵角指令，在舵機的作用下，將舵轉到所需的角度，使船舶修正航向，反復進行測量，直到實際航向與給定航向相一致，自動舵系統輸出零舵角指令信號，船舶按照指令航向進行航向。
展開 
基于Icepak的船舶儲能電池散熱特性仿真分析
因此，儲能電池作為船舶重要的電氣設備，其散熱系統的設計通常也考慮風冷和液冷這兩種形式。陳旭海等人[4]利用Ansys對風冷條件下的儲能電池溫度場進行仿真分析，并根據仿真結果對存放電池模塊的機柜進行優化設計。同時也有研究表明，在風冷散熱系統中，改善冷卻風道設計[5]、合理調整電池組間距[6]均可改善電池組溫度的均衡性。桂永勝等人[7]為船舶電氣設備設計了一套模塊化的水冷系統，可用于船舶儲能電池的散熱。張上安[8]則利用COMSOL軟件分析了液冷散熱系統中冷卻液流量和冷卻液入口溫度對電池散熱特性的影響。然而大多數研究只是針對其中一種散熱方式，并沒有綜合分析風冷散熱和液冷散熱各自的效果和優缺點。王屹航等人[9]雖對這兩種散熱方式的散熱能力做出了評價，但只是針對單體電池，并未考慮整個電池包的熱特性。
本文以某型船用儲能電池包為研究對象，分別設計其風冷散熱系統和液冷散熱系統，利用Icepak軟件建立熱仿真模型，對比研究電池包在不同散熱系統作用下的散熱特性和溫度場分布，進一步通過改變散熱系統的若干關鍵參數，分析評估參數的變化對整個系統散熱效果的影響。結果表明，液冷散熱系統的散熱效果普遍優于風冷散熱，尤其是在保持電池包溫度一致性方面表現出色。本研究可為全電船舶儲能系統散熱方案的選取和散熱系統的設計提供參考，保障鋰電池組在船舶上安全可靠的運行，同時也為鋰電池在船舶上大規模運用奠定基礎。
2 模型建立
2.1 電池散熱的數學模型
儲能電池包通常是由電池模組根據電壓需求串聯而成，而電池模組又是由多個單體電池通過串并聯的方式構成的，因此單體電池是構成電池模組和電池包的基本單元[10]。要對電池包的散熱特性進行研究，首先要建立單體電池散熱的數學模型。
展開 船舶轉向控制系統設計及仿真研究
來源：互聯網 作者：吳琦
關鍵字：船舶運動 PID控制 轉向模型
本文在傳統控制的基礎上對船舶運動控制方法進行的進一步探討與研究，利用PID控制方法對船舶運動的航向進行反饋控制，使其在受風浪等外界環境干擾的情況下，具有良好好的控制效果。
1 課題研究的背景及意義
船舶航向控制系統的可靠性及性能特點直接關系著航行的安全性和經濟性。從20世紀20年代PID控制應用于船舶航向控制以來，經過實踐的不斷積累和無數高科技人才的不斷探索與完善，其已經成為船舶航向控制領域最基本、最經典的方法。
船舶航向控制系統是一個非線性的、外界環境干擾復雜的系統，從理論上很難用一個精確的數學模型來對其進行描述。在一些特殊的場合、航道復雜或者進行避碰操作的時候甚至需要極富經驗的舵手進行人工操作。而較為精確的PID控制經過多年的摸索和完善可以極大程度的從經濟、環保等方面滿足現代船舶航行控制的要求。
2 船舶轉向模型推導
在確定船舶模型的時候采用野本模型的原因主要是因為參數容易換算出深和航速的關系，但是由于二階模型在轉化為狀態空間模型時不便于加上非線性力以及風浪的干擾，于是我們采用野本的三階模型：
此三階模型公式為傳遞函數的形式，為了在將來的仿真過程中更為方便地添加非線性的風、浪等干擾，必須把傳遞函數的形式轉化為擁有三個自由度的狀態空間數學模型式，而轉化后的數學模型參數矩陣為：
將上述的的參數矩陣轉化為標準形式：
其中：
轉化為標準形式后，可以更為方便地加上非線性力和風浪的干擾。
展開 船舶與浮冰的碰撞仿真模擬
目前，此類實驗對實驗材料的要求較高（如建造船模，拖曳水池，造冰器等），現實中不易實現，CFD仿真模擬則成為很好的研究方式。
本文針對船舶與浮冰的碰撞，提供一種簡要的CFD仿真技術路線并進行實驗結果對比，用以說明使用CFD工具實現船舶與浮冰仿真模擬的可行性。
極地船舶冰區結構非線性仿真分析關鍵技術
極地船舶在北極航線開辟、資源運輸等方面發揮著不可替代的作用。而極地船舶在層冰、碎冰、冰脊、冰山等極其惡劣和復雜的海洋環境中航行，船體結構受冰載荷作用具有較大的隨機性，在海冰的作用下，結構可能達到塑性變形。如與冰山等大型海冰漂浮物發生碰撞造成結構破損，則容易導致油氣泄漏，對極地海洋環境產生巨大影響。
極地船舶冰區航行
目前各船級社制定的冰區船舶規范基于不同的船與冰相互作用，考慮了航速、浮冰厚度、彎曲強度等，但是由于實際冰區環境的復雜性，還需借助試驗或數值分析的方法進行設計驗證。在公司ARC7破冰凝析油船自主研發設計方面，通過鉆研理論和實踐，經過上百次的仿真計算、數據分析對比，貨船所船體室掌握了冰區結構塑性極限承載力非線性仿真分析、基于變形能法對船與冰山撞擊結構失效仿真分析等非線性仿真關鍵技術。
01
冰區結構塑性極限承載力
非線性仿真分析
在極端冰情下，船體結構將保留一定的塑性變形，目前缺乏極地船舶結構發生塑性變形后的結構強度評估規范。本技術采用船體結構鋼材非線性彈塑性和冰載荷作用非線性仿真分析，評估船體結構在極限載荷下的變形及極限承載能力，得出在冰載荷作用下結構超過彈性階段進入塑性階段后的船體結構的各重要物理性能指標。
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