船舶設計計算的案例
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）
下載我們有關船舶 CFD 仿真的專題報告。
船舶行業習慣于依賴船池比例模型進行船舶性能預測。盡管這種方法仍然有用，但仿真的興起，尤其是計算流體力學 (CFD) 的興起，也帶來了以數字化方式研究船舶行為的機會。這就開創了在真實的運行條件下以全尺寸預測船舶性能的方式。在本項專題報告中，我們將展示挪威船級社 (DNV-GL) 和美國船級社 (ABS) 這樣的行業領軍企業的工程師和船舶設計師如何使用 Simcenter 軟件進行船舶 CFD。
案例研究涉及的主題包括：
流體動力學仿真
空氣動力學分析
推進系統
數值船池
自動設計探索
流體動力學仿真為船池試驗提供了備選方案
在過去的一百多年里，人們一直使用船池來確定流體動力學性能。然而，制作船池模型并進行試驗，不僅成本高昂，而且格外耗時。這就意味著，船池試驗通常在設計周期后期執行。這些試驗用于驗證和調整已經確定的設計，而不是為早期設計選項出謀劃策。
CFD 仿真為船池試驗提供了新型備選方案。工程師們可以使用數值船池的虛擬模型，以數字化方式測試船舶性能。流體動力學仿真的設置和運行快速，因此能夠更早在設計流程中部署。這樣就可以提供工程數據，用于將設計推向不同的、更好的方向，開辟船舶設計創新之路。
專題報告包含多個案例研究，展示 CFD 仿真在各種場合的應用，包括船體的流體動力學優化以及螺旋槳裝置的建模，包括預測空化現象。這些研究顯示了快速進行設計評估的優勢所在，以及船舶可用的多種多物理場模型。
了解如何進行船舶設計優化
要想在船舶能效和創新的競賽中保持領先，工程師需要能夠快速地預測出設計更改對船舶實際性能所造成的影響。設計探索軟件依據用戶定義的要求對各種變型進行快速、自動化的評估，將 CFD 仿真推向新一層級。
展開 老船的船舶設計系泊力計算
很多大型散貨船，在船舶設計時，沒有出舾裝計算書，沒有給舾裝數EN，更沒有給船舶設計系泊力The Ship Design MBL。這次新加坡rightship檢查，看到了一條船的纜車有2套剎車力性能BHC，實際上每條船只能有一個設計系泊力。所以，我在此再完善一下老船的設計系泊力計算方法。
1、某輪舾裝數，在Survey Status中的數值為 5445
2、對于2024年以前的船，應遵守MSC/Circ.1175，設計系泊力參考在七百千牛左右；（隨著法規的延續理解名詞定義，在此認為Circ.1175的MBS就是Circ.1175.Rve.1的 MBLsd）
3、查看該輪的甲板機械完工圖，8部絞纜機中的3部BHC=470kN，5部的BHC=590kN.
有點不可思議的做了內插，得到的BHC=545kN，根基上次發文的 MBLsd=1.25*BHC = 681.25kN ，該值不滿足Circ.1175要求。
建議按照 BHC=590kN，計算本船的設計系泊力。
3. 上次發文，引用了ISO-3730:
根據是ISO-3730，滾筒制動力不小于設計系泊力的0.8倍。(即BHC=0.8MBLSD）
由于一條船有一個設計系泊力，所以，建議該輪引用 MBLsd=1.25*BHC = 1.25 * 590 = 727.5 kN.
4. 對于剎車力測試的打滑力，建議考慮較小纜車的BHC。
本文來自：船匠123
展開 船舶設計軟件：船舶行業設計及分析軟件推薦
2、運用海試數據的高精確度
PropExpert的特性在于可以進行深度分析，運用先前的實驗數據或者相同的船舶數據來對模型進行實況性能分析，當數據不足時，也可以運用PropExpert的速度估算公式。
3、精簡項目和尺寸
PropExpert的項目文庫可以用來管理項目數據以及船舶、螺旋槳、減速齒輪模型的數據，以便從之前的分析中選擇組件或者創建新的組件。
4、專業的分析報告
完成分析后，可以快速生成總結報告，報告還可直接以郵件形式發送給客戶。
軟件介紹
PropCad軟件主要用于船舶螺旋槳幾何建模，其中包括2D設計圖的自動制備、3D視圖、結構參數、幾何性質計算以及CAD/CAM 文件導出等。
展開 船舶設計：船舶推進軸系方案設計的關鍵技術
由于主機與推進器的跨度普遍較大，為了便于加工、運輸和安裝，通常分段制造軸系，然后通過聯軸器連接各相鄰軸段，最后通過軸承敷設于船舶殼體。因此，軸系組成部件眾多且復雜，在運轉過程中各部件易受力不平衡，其中推進器的懸臂梁作用將導致艉軸承載荷過大、軸承異常磨損、異常振動等問題。
鑒于船舶推進軸系的組成部件數量及工作環境，可知其設計是一個復雜的系統性問題，主要包括［2］：在完成主機、推進器和齒輪箱等選型工作之后，需根據船舶總體設計要求和船級社相關文件來制定設計指標，明確軸系的布置結構及各組成部件的尺寸和材料，并提供軸系布置簡圖和計算說明書等文件。
船舶推進軸系的設計質量是其安全、穩定運行的重要保證之一，故提高軸系設計質量對改善船舶的經濟性、穩定性、安全性和舒適性而言，都具有十分重要的意義。在船舶發展歷史上，曾多次出現因推進軸系設計質量不佳而導致的個別軸承異常磨損、軸系振動過大甚至軸段斷裂等嚴重問題。
為提高軸系設計質量，國內外船舶領域的專家學者開展了大量的研究工作，相關設計單位和船級社也制定了一系列設計規范和流程［3-4］，例如：軸系設計應考慮管理、維修、拆裝的方便性；軸承應該布置于船體剛度較大處；軸系各部件應滿足設計強度并具有一定的安全系數。
目前，常用的船舶推進軸系設計流程如圖 1所示。首先，根據船舶總體設計要求進行主機、齒輪箱和推進器選型，初步確定軸系材質及軸徑，并開展應力校核計算；其次，根據船體結構和既定軸段尺寸選定各支撐軸承的位置，并基于轉子動力學理論進行軸系振動校核計算；然后，確定軸系各具體部件的選型；最后，進行校中校核計算，完成軸系設計，提供軸系各部件的選型清單、詳細布置圖紙和校核計算說明書等文件。
展開 
船舶設計：船舶等效和替代設計那些事兒
綜上，按照小編的理解，等效是針對船舶裝設的設備、材料或器具等，屬于船舶從屬構成；替代設計和布置則針對于船舶本身結構建造，屬于船舶主體的創新設計變化。等效和替代設計可能導致船舶配備的裝置、材料或設備，甚至整個船型都與公約的條款規定相背離，但需要強調的是，等效和替代設計制度決不意味著可以不遵守或者降低公約規定的船舶安全技術標準。為此，各國主管機關都制定了嚴格的等效和替代設計審批制度，并基于安全風險評估的方法，將等效和替代設計與公約規定的安全標準進行對比分析，客觀評估是否滿足公約要求。想深入了解的朋友可查閱 MSC/Circ.1002、 MSC.1/Circ.1212、Resolution MEPC.110(49)及MSC.1-Circ.1455等IMO文件。我國《中國籍船舶等效、免除管理暫行規定》規定船舶設計單位或船東申請等效至少應提交以下材料：
1. 申請書；
2. 船舶概況：船名、主要尺度、船舶結構、主要設備、航區等；
3. 申請采取等效措施的裝置、材料、設施或設備、器具，或者型式；
4. 申請等效所依據的公約、法規、規定的名稱及其具體條款內容；
5. 對等效措施的技術分析；
6. 業已通過試驗或其他方法驗證等效措施至少與公約或法規、規定所要求的具有同等效能的證明。
展開 船舶海工資料包放送（CFD、湍流、尺寸設計、國防、船舶設計…）
本資料包可以作為船舶海工行業相關人員學習參考。
其中包含電子書、白皮書、視頻、研討會等：
船舶設計的全尺寸CFD模擬
采用ALS技術減少散貨船摩擦阻力的CFD研究
湍流建模及其對于船舶行業的影響
如何使用仿真驅動型方法設計船舶
應對未來挑戰的船舶設計：船舶設計的范式轉變
國防海軍造船數字化，開創高效開發和生產多樣化的新時代
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分析 | 船舶制造業者：沉船有設計問題嗎？
（內河客船屬于2類船舶 強制報廢年齡30年）
根據這些資料推斷，這條內河客船，應該是入級中國船級社 屬于內河A級航區船舶，內河A級航區是內河船舶中最高的設計要求。從設計方面來說A級航區的船舶的設計要求：計算波高*計算波長=2.5米*30米，波高范圍1.5米至2.5米。
新聞里報道當時風力達到了12級 ，風速應該已經超過了64公里了，當時長江的航行的條件，有可能已經超出設計范圍了。對于這種級別內河客船的航行，是非常危險的。因為上層建筑的較多，受風面積比貨船大很多，稍有操作不慎，就可能導致船舶的傾覆。報道中所提到的1到2分鐘船舶的傾覆也是極有可能的。
關于有些人說的設計問題，導致船舶重心過高。
個人認為是可能性不大，對于新建造船舶，首制船都會進行船舶傾斜試驗，來確定船舶的重心高度 如果達不到要求 就會降級（比如A級航區降至B級航區）或者修改后再繼續試驗，船級社在船舶穩性是相當重視的，出問題的可能性較低。
我個人判斷 還有另外一種情況 因為是主營旅游的客船，不可能裝潢十幾年都一個樣，過一段時間會翻新室內裝潢。而室內裝潢增加的重量會導致船舶重心高度的升高，導致穩性不佳。大量改裝后的船舶需要再次做傾斜實驗 ，有可能東方之星改裝后沒有進行傾斜實驗。但是只是我的個人推測，具體還要等到調查結果出來 。
關于夜航的問題。
長江2688公里的干線航道，在08年已經實現了全面夜航。 但是夜航中航行條件，肯定比白天要差。比如視線不佳，人的反應不是最佳狀態等。但是對于旅游公司和游客來說，夜航，可以節省人力成本和時間。(這種旅游路線的模式，應該是這樣的：到一個城市,靠碼頭,下船游玩，游玩結束，上船，開航，去下個城市。）
關于調查。
展開 Star-CCM+在船舶行業的解決方案：電氣化船舶的設計過程
它們能夠幫助用戶進行設計優化、性能評估和問題解決，提高產品質量和效率。
Star-CCM+在船舶行業的應用
在船舶行業中，Star-CCM+ 是一款被廣泛應用于船舶設計和性能優化的計算流體力學軟件。下面是一些在船舶行業中使用 Star-CCM+ 的應用和案例：
1.海水動力學分析
Star-CCM+ 可以對船體在不同運行條件下的流場進行模擬和分析，包括速度分布、壓力分布、湍流特性等。這有助于設計師了解船體在正常運行、航行中和靠泊中的流體行為，幫助改進船體形狀和船體部件（如螺旋槳、推進器等）的設計。
2.流阻分析與減阻優化
通過在 Star-CCM+ 中模擬船體在不同速度下的流場，可以評估船體的阻力和阻力分布。這有助于設計師找到減少阻力的優化方案，從而提高船舶的燃油效率和船速性能。
3.起泡現象研究
Star-CCM+ 可以模擬船舶在高速航行時的起泡現象，特別是泡沫阻尼對船舶性能的影響。這種現象在高速船和水下船體的設計中十分重要，因為它可以減少阻力、提高船體穩定性和減小噪音。
4.船舶推進系統優化
通過 Star-CCM+ 對船體和推進系統的耦合模擬，可以評估不同推進器的性能、推力和效率。同時，還可以對船體與推進器之間的相互作用進行模擬，以進一步優化推進系統的設計。
5.渦流和湍流分析
使用 Star-CCM+ 分析船體周圍的渦流和湍流現象，可以幫助設計師了解這些現象對船舶性能的影響。這有助于改進設計，減少湍流阻力，提高船舶的操縱性和穩定性。
6.考慮多物理場耦合
Star-CCM+ 還可以模擬船舶行業中常見的多物理場問題，如結構與流體耦合、熱傳導與流體耦合、流體與湍流聲耦合等。這有助于更全面地評估船舶的性能和可靠性，加強設計的合理性。
展開 船舶設計讀書筆記：前期方案中的船舶復雜性
PODAC成本模型提供了一些特性，用于估算非重復設計和工程以及重復出現的船舶建造成本和多船采辦計劃中主要船舶和跟蹤船舶的進度。PODAC成本模型還產生了基于預期工程和造船能力和專業知識的成本風險，以及相對設計復雜性和預期建造策略的估計。
關于成本模型如何執行成本風險評估的詳細討論，可從SPAR網站下載用戶手冊。
最后，PODAC成本模型根據基本行業/工藝組對船廠人力需求進行了估計。這個輸出對預計的勞動時間和計劃的造船人力水平進行了很好的交叉檢查。對于設計細節較少的早期概念設計，成本模型以現有船舶設計的統計調查分析值代替。
此
外需要注意：
造船生產系數
&
船舶密度影響建筑勞動生產率
【5】影響船舶復雜性的設計參數統計
在本研究中，還有一些對成本的影響沒有考慮，
例如船體分段的預舾裝程度，模塊化系統組件和設備的使用，以及詳細設計的相對可生產性。
此外，對于美國海軍艦艇，更長的、更細的船體必須進行評估，以確保在滿足損傷穩定性要求方面的技術可行性。更大的船體使船上工作更有效率。最小化施工工時或成本，同時仍然最大化滿足任務需求。
密度對工作內容和成本的影響對于設計開發的早期建模非常重要。評估設計中的工作內容或復雜性作為早期船舶設計周期的一個組成部分是有價值的。
我們再怎么強調也不為過的是，需要進行更多的研究，以開發更多的分析方法，將許多自變量(成本驅動因素)與造船工作內容或成本聯系起來，以便在早期階段做出更具成本效益的設計決策。
【6】未來的工作
RSDE是在計算研究和工程采集工具和環境(CREATE?)-船舶
項目下開發的，該項目是2008年由國防部高性能計算現代化計
劃(HPCMP)發起的。
展開 新能源動力船舶是船舶設計新方向
在大幅降低船舶運輸企業運營成本的同時，更重要的是可以減少環境污染，具有非常明顯的社會效益和經濟效益。利用天然氣排放清潔的特點將實現航運船舶節能減排的目標，有力推動我國航運能源消費朝著綠色環保的方向發展。
國際海運組織創造了能效設計指數，如果不達到排放要求基線標準的傳播，可能就要面臨退出營運的危險。應該重點加強支撐船型開發的基礎共性技術和綠色、安全技術研究。由于所在區域對船舶排放要求日益嚴格，丹麥、挪威等北歐國家已經開始使用以LNG為燃料的渡船、滾裝船、海岸警備船、LNG船和平臺供應船。這說明，隨著全球范圍內對氣體排放要求越來越高，石油資源越來越少，節能呼聲越來越大，船東和港口方面的障礙也正逐步被清除。
因此，業內人士認為，一方面，應在船舶設計和建造方面加大創新力度，在主流船型優化和新船型開發中加入低碳概念，推進內河船舶向綠色環保轉變。例如在設計新船時考慮燃氣供應系統的布置，以及氣體燃料發動機的設計，以增強船舶續航能力。另一方面，國內船舶制造商也應積極參與到以LNG為燃料的高技術船舶的承造，用市場迫使自己技術升級，搶占氣體燃料動力船先機。此外，可以依據內河運輸的特性，研究建立船舶節能減排體系和標準，促使水路運輸企業制定能效管理計劃，以推進內河航運向“綠色”轉變。
作為清潔型能源，LNG的應用可以降低氮氧化物和二氧化碳的排放，而且LNG不含有硫和殘留物，也杜絕了硫化物和微小顆拉等其他有害物的排放。從經濟性上而言，經測算，1立方米LN G氣體近似于1到1.1公升(汽、柴)油。目前柴油均價6元/公升，天然氣按照4.5元/立方米計算，如果按照70%的替代率來算，一年大約節省19.23萬元。
但是這種環保的新材料，目前在推廣時卻存在一定的阻礙。首先是由于LNG燃料船的續航能力還較弱。
展開 【船舶行業抽獎】精選50+本暢銷書籍，船舶設計人員必不要錯過的羊毛！
船舶行業精選實體書籍”（17選1）
涉及：海洋工程、動力系統、結構物強度、復合材料..等
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熱門船舶應用書籍（14選1）
涉及：船體結構設計、流體力學、電力推薦系統、裝備材料..等
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船舶行業暢銷書籍（19選1）
涉及：船舶汽輪機設計、船舶強度、動力裝置、艦船工程...等
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船舶文獻/視頻/大廠...等電子資料合集
船舶CFD、船舶振動噪聲、船舶原理、汽輪機優化設計...等
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更多資料推薦
視頻 | 船舶結構分析：結合模擬和測試數據實現真正的數字孿生
憑借本視頻可以了解如何將測試數據與結構仿真相結合，從而創建經過驗證、可靠且準確的數字孿生，從而幫助預測船舶的結構完整性。
觀看該視頻可以解決以下問題：
如何將船舶結構建模與仿真一體化呢？
如何確保船舶結構的完整性？
結構分析如何在組件和整船結構級別應用于海船設計？
如何通過測試數據確保初始模型可靠？
如何在船舶物理測試過程中克服實際限制？
如何在海上構筑物分析中將模擬和測試結合起來，實現真正的數字孿生？
如何在結構設計工程的背景下使用模擬和測試？
測試在海洋工業結構性能工程中的作用是什么？
如何激勵一艘船？都有哪些激勵力？
不同的激勵力，他會帶來不同的振動模式和共振頻率嗎？
展開 
江南造船胡可一：從船舶設計手段變遷，看船舶工業的發展
1978年10月，我考入上海交通大學船舶工程系；1982年7月大學畢業后，我被分配至當時的江南造船廠工作。在船廠工作36年，我見證了祖國的改革開放和船舶工業的快速發展。
令人難忘的手工設繪、計算的年代
1982年8月，我分配到江南造船后到船體車間放樣樓實習，在這半年的實習過程中，不僅深深體驗了勞動的艱辛，也對船體線型光順、外板展開和曲面構件布置等的技能得以了解和掌握。
1983年3月，我被抽調到了設計研究所的各個專業設計室，從此開始了船舶設計生涯。那個年代的圖紙設繪完全靠手工，用細繩固定在0號圖板上的直尺、形狀各異的曲線板、樣條和壓鐵、三棱比例尺以及粗粗細細的鴨嘴筆是圖紙設繪的主要工具；計算的主要工具是計算器和算盤，一套德國產的ROTRING品牌的墨水筆和寫字板簡直是奢侈品。船舶制圖曾經是我在大學里學得最好的一門專業課，再加上我在工業設計方面有一定的基礎、對船舶的濃厚興趣、較強的空間想象力和細節觀察能力，這些優勢漸漸地在日后的設計工作中顯現出來了。在我的記憶中， 手工制圖那個時代一直是最令人難忘的。
首先是圖紙的韻味是現在計算機輔助設計（CAD）出的圖紙所不具備的。常言道：“圖紙是工程師的語言”“圖若其人”。每位技術人員所設繪的圖紙均有不同的風格。其次是那個時代三級校審的嚴謹程度，校對審核是非常關鍵的一個環節，擔任校對審核的都是經驗豐富的技術人員。正是他們的嚴格把關保證了圖紙質量。手工制圖并非總是低效，當時我和年輕同事們在“計件承包制”激勵下，就創造了“多人串聯制圖法”和“作圖法計算重量重心”等，對繪圖方法和程序進行了優化，把上層建筑結構分段的繪制效率提高了5倍。
展開 船舶設計：如何設計一艘電動船？
為船舶提供動力所需的電池功率或能量已經估算。估算結果添加到軟件中，從而計算所需型號。仿真模型如圖5所示。
圖5 使用 Simcenter 系統仿真創建的電池選型仿真模型
構建電動機的虛擬模型
SIEMENS
#構建數字孿生
使用仿真功能，工程師對幾種電機設計進行評估。在查看了幾種設計替代方案之后，他們找到了一種能夠符合規格的合適候選方案。
圖6 選定的電機設計 (Simcenter Motorsolve)
#執行設計探索
為了進行設計探索，工程師們讓軟件自由探索四個不同的定子拓撲參數。這些參數包括：槽深、槽口寬度、齒頂厚度和齒寬。這四個參數用作設計探索的輸入。
展開 讀書筆記：船舶設計優化與模塊化設計
原文重點介紹的內容其實是船舶設計中的仿真軟件的技術發展情況，不過我個人更關注本文引言部分對船舶設計方法論的分析，以及其中對模塊化設計思想的介紹。供大家參考。
船舶是復雜且復雜的產品，其設計受本質上相互沖突的參數控制。由于參數量大，要求復雜，其基本性質相互矛盾；有人認為，它們的設計是為了獲得最佳性能，并受到設計和制造的限制（即船東、法定機構等的設計限制，以及船廠設施的制造限制）。
·在有限的船型選擇中，可以設計和制造最佳設計。但存在以下限制：
·設計和制造最佳船舶的專業知識非常有限，目前僅嘗試過幾種船舶類型。
·設計和制造一艘最佳船舶的成本非常高，實際上沒有多少設計機構或造船廠能負擔得起。
盡管優化船舶是可能的，但由于不穩定的全球經濟狀況，影響船舶設計優化的關鍵參數（即石油的價格、海運需求和供應）確實發生了顯著變化。因此，船舶優化設計的定義本身就受到限制，在價格、石油需求和消費模式的參數值發生變化的情況下，一個優化設計可能不是一個最佳（favorable）的設計。
由于優化船舶的設計和制造成本太高，為了降低單位成本，可以采取另一種方法。在給定一組約束的替代方法中（即結合造船廠的受限能力）；
一艘船的設計不是為了“最優”，而是為了“接近最優”。此外，在航空航天工業成功實施模塊化的推動下（即波音的747、767 和787 系列，是波音 747 基本設計的模塊化變體），類似的模塊化方法可以用于船舶設計。
模塊化設計已被視為產品和組織設計的新邏輯，
因為它有助于設計和制造公司應對不斷變化的環境。
非常有前景是，通過以模塊的形式構思產品，設計和制造公司可以獨立地負責獨立模塊的設計和開發
（但合并了不同模塊之間的內部和內部依賴關系），并且新的創新設計可以簡單地成為不同模塊的聯合。
展開 讀書筆記：面向前期設計的船舶數字化設計
CSI軟件能夠與船舶設計和建造中最常用的軟件進行交互。它們允許在所有這些組件之間提供流暢的信息交換，使設計團隊更容易執行常規的設計驗證和修改步驟。
此外，它可以作為所有船舶設計數據的接收者，建立一個所有利益相關者都可以訪問的包容性數據庫，從而確保數據的一致性和最新的信息訪問。CSI軟件基于模塊化架構，可以向新的任務擴展，包括自動計算指標(如權重和體積)、設計優化算法等。
例如，從早期設計開始，就可以使用CSI軟件來根據船上可用的不同空間來確定船舶動力系統設備的位置:這樣，就可以精確地評估相關的重量和體積，并對其進行優化。此外，上述軟件與新模塊集成的可能性使附加目標的計算成為可能
函數。這樣就可以評估一個系統對其他系統和整個船舶的影響，從而評估船舶各個性能方面的整體能力(如船舶能效、燃料消耗、耐波性、熱管理等)。
最后，這種新的設計方法為早期設計提供了多方面的優勢:團隊合作，甚至在一個非本地化的設計團隊中共享一致的信息，所有船舶利益相關方(設計師、造船商、船東、船級社等)的直接和即時參與
，以及通過參數化3D模型的設計過程結果的即時可視化。此外，以這種方式生成的虛擬原型可以在隨后的設計階段有效地使用，并可以有效地存儲，
以便在未來的項目中重用。
【2】設計階段
船舶設計過程是一個漫長而清晰的過程，從計劃分析的結果開始，到新產品交付時結束。設計規格和生產所需的所有信息都要詳細說明。
設計階段從規劃階段的需求過渡到配置形狀、尺寸、布局和其他特征的開發。在這一點上，人們努力從管理科學轉向設計，尤其是造船和海洋工程。設計工作可能涉及修改、擴展或以其他方式建立在以前的設計上，或綜合其他設計。因此，另一項必要的設計活動包括對專業工作和當前或最先進的發展領域的研究。設計團隊應了解世界范圍內的研究和發展現狀，并對海洋領域許多學科的潛在突破保持關注。
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