高性能船舶的案例
云端高性能高性能計算服務
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LeadingEDGE 預測 Lloyd's Register Regal 的全尺寸船舶性能
根據 2022 年聯合國貿易和發展會議（UNCTAD）的數據，超過 80% 的國際貨物貿易量是通過海運進行的，大多數發展中國家的這一比例更高。
擁有如此龐大的整體船隊，這些船只對海洋和大氣的環境影響是巨大的。根據國際海事組織 (IMO) 的數據，航運占當今全球二氧化碳 (CO2) 排放量的 3% 左右。隨著世界人口的增長以及隨之而來的對供應品需求的增加，我們需要找到使航運業更加環保的解決方案，因為它不太可能縮小規模。
最新的 IMO 2023 法規旨在到 2030 年將當前排放值比 2008 年減少 40%。船舶設計者和建造者可以使用最具成本效益的解決方案來遵守這些法規。從技術角度來看，這可以轉化為需要更高效和準確的設計方法，以便能夠在設計階段的早期預測預期的船舶性能。準確的預測可以避免事后昂貴的改造解決方案。
計算流體動力學 (CFD) 軟件在預測和優化船舶性能方面發揮著越來越重要的作用。廣泛的國際研討會旨在不斷驗證和驗證 CFD 工具生成的數據，這些研究中心和大學定期組織深入參與進一步開發這種替代實驗模型測試的數值方法。
勞埃德船級社測試案例
勞埃德船級社技術調查部組織的勞氏船級社研討會是全球參與的研討會之一。研討會的范圍是驗證一種能夠準確預測全尺寸船舶性能的數值方法，旨在加快船舶的設計過程，并為模型測試提供時間和成本效益高的替代方案。參與者必須提交在給定條件下預測的船速、軸扭矩、動態平衡和螺旋槳空化擴展的數值結果。然后將這些結果與海上試航期間在貨船“REGAL”上進行的船上測量和觀察結果進行比較。
考慮中的船舶是一艘1994年在波蘭建造的138m雜貨船，總重量11542噸，配備一個四葉右旋定距螺旋槳。
展開 這是一款專為現代運動型或高性能車輛設計的高性能輪轂 ￥5
這是一款專為現代運動型或高性能車輛設計的高性能輪轂。該模型采用輕質而堅固的多輻合金結構，并針對強度、耐用性和美觀性進行了優化。
我將此模型分享給其他學生和希望練習汽車設計技巧的 SolidWorks 學習者，作為學習資源。
來源：learnsolidworks
SACS軟件渤海海域導管架平臺船舶撞擊性能分析 附SACS軟件手冊模塊說明下載
2）高能量水平的撞擊速度。此時船舶失去動力，船舶在波浪的推動下撞向平臺。NORSOK N-003，DNVGL，ISO19902等規范對于此種情況給出的推薦速度是2m/s。ISO19902中指出：在海浪高度約為4米時，高能量船撞的船舶速度推薦使用2m/s。以上規范給出的建議速度均是針對挪威北海海域。而本項目位于我國渤海灣區域，根據氣象水文資料，本項目所處的渤海海域波浪情況如表2.1，渤海海域與北海海域浪高曲線如圖2.1。
圖2.1 渤海與北海波高、頻率曲線圖
曲線Ⅰ：渤海海域波高曲線。
曲線II：挪威北海海域波高曲線（Hs≤4m）。
曲線III：挪威北海海域全年波高曲線。
曲線II僅統計了挪威北海海域波高小于等于4m的情況，這是考慮到如果波高大于4m時，補給船將被禁止靠近平臺。
從圖2.1可以看出，渤海海域海浪超過2米的概率約8%，超過4米的概率僅為0.43%。而北海海域全年波浪高度超過4米的概率達20%。因此，規范上建議的2m/s撞擊速度顯然不適合我國渤海海域。
本文建議以10個百分點為特征值進行研究，渤海區域超越概率10%對應的浪高是1.8m，而北海區域對應的浪高是3.4m（曲線II），如果對應曲線III的話，可以達到5m。說明在90%的概率下，渤海海域的波高僅是挪威北海海域的1/2。
根據文獻，船舶漂移速度與浪高的關系為：
v: 船舶漂移速度(m/s)
Hs: 有義波高（m）
綜上，本文建議渤海海域船舶高能量撞擊的撞擊速度為1m/s。
展開 
《Nature Commun》：高性能輕量化高熵合金的高通量設計
在這類材料的開發中，關鍵的目標導向的設計策略是先決條件，包括廉價的原材料，低密度，高熔點(Tm)，良好的抗氧化性，大的蠕變抗力，高強度和可接受的延展性等等。因此，合理地選擇化學成分，考慮這些必要因素是非常重要的。研究者此前的工作發現了Al-Cr-Fe-Mn-Ti體系中潛在的L21沉淀強化輕量化HEAs (LWHEAs)，而脆性C14 Laves相的形成，由于C14 Laves相與BCC基相的晶體結構和熱膨脹系數的不同，使C14 Laves相的裂紋傾向增大，使其性能惡化。因此，探索合適的化學成分而不形成有害的金屬間相是開發所需材料的關鍵。然而，巨大的構圖空間為有效篩選合適的構圖提出了巨大的挑戰。
實驗試錯的方法顯然是不合適的，因為在巨大的成分空間中實驗篩選合適的合金是非常昂貴且費時的
。這種趨勢甚至適用于五元體系，更不用說高階(n≥5)多組分體系，如Al-Cr-Fe-Mn-Ti體系。幸運的是，理論上，高效的計算篩選方法和工具的發展，可以加快發現有前途的HEAs的步伐。
在此，研究者利用基于CALPHAD的高通量計算工具，有效地探索Al-Cr-Fe-Mn-Ti體系，發現了新型沉淀強化HEAs。通過高通量篩選，從數千種初始成分中發現了析出強化輕量高熵合金，在室溫和高溫下，與其他同類合金相比，其強度增強。對其強化機制和有序-無序轉變的成功案例和失敗案例的實驗和理論理解，進一步提高了所發現的合金系統熱力學數據庫的準確性。該研究表明，將高通量篩選、多尺度建模和實驗驗證相結合，可以有效地促進由高熵合金概念調整的先進沉淀強化結構材料的發現。
圖1 Al-Cr-Fe-Mn-Ti體系中最佳合金成分的高通量篩選。
圖2 發現了的LWHEAs微觀結構信息。
展開 【公開課】如何用高性能計算加速CAE仿真性能
4月17日19：30【技術鄰直播】
Altair官方高級技術經理傾情分享
如何用高性能計算加速CAE仿真性能
眾所周知，CAE作為一門新興的學科已經逐漸的走下神壇，成為了各大企業中設計新產品過程中不可缺少的一環。目前在航空、航天、能源動力等工業領域，利用 CAE 進行反復設計、分析、優化也已成為標準的必經步驟和手段。不同的CAE 應用程序對硬件資源例如處理器、網絡和存儲的要求各不相同，如何用高性能計算加速CAE仿真性能，這就是本期老師要分享的內容。
課程大綱
Ⅰ
不同的CAE應用該如何配置高性能計算
Ⅱ
引入HPC及云平臺加速現有資產價值
Ⅲ
Altair PBS關鍵技術介紹
講師：王軼華
Altair企業解決方案部技術經理
十多年時間專注在HPC技術領域工作，數十個高性能計算項目經驗，負責國內多個航空航天，汽車，能源客戶的HPC基礎架構規劃及性能優化，目前主要負責中國區Altair PBS Works產品線的團隊建設、產品售前、合作伙伴支持等工作。
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展開 青島大學《JMST》封面：復合材料設計實現高性能電磁波吸收性能！
研究表明，含Ni13.17%的Ni/NiO@C復合材料展現出優異的電磁波吸收性能，最小反射損耗值（RLmin）在2.4 mm時達到了-51.1 dB，同時在2.7 mm時最大吸收帶寬（EAB，RL≤-10 dB）達到5.12 GHz。
背景介紹
電子通信設備的日益發展所引起的電磁波干擾已成為當今世界亟需解決的難題。這些電磁波不僅會對人體健康造成危害，還會干擾正常的通訊交流。因此，探索并制備新型高性能電磁波吸收材料來降低電磁波的不利影響成為了當下研究熱點。
近年來，磁/介電損耗型復合材料由于兼具磁損耗以及介電損耗的優勢而被制備用于高性能電磁波吸收材料，同時異質界面的增加也會進一步增強材料體系的介電損耗能力。因此，對于復合材料各組分的合理設計對優化復合材料的電磁波吸收性能具有重要意義。
本文亮點
（1）通過不同的制備工藝調整復合材料的Ni與NiO的比例；
（2）不同組分的含量對電磁波吸收性能有顯著的影響；
（3）在Ni/NiO中Ni的比例為13.17%的復合材料表現出優異的反射損耗與吸收帶寬。
展開 我國高品質船舶、海洋工程用鋼研究進展
引言
21世紀是海洋的世紀 , 我國的海洋工程與船舶工業取得了突破性的進展產業規模大幅增大 , 產品質量得到多方認可 , 在國際中占有重要的地位。隨著船舶、海洋工程的迅速發展 , 鋼鐵作為船舶與海洋工程的主要結構 , 其研發水平和生產能力也在不斷提，而船舶和海洋工程結構物的使用環境一般比較惡劣 , 在服役中會受到海水、海泥和海洋大氣的攻擊 , 不同區域的腐蝕特征差異也比較大 , 因此船舶與海洋工程用鋼應具有較高的綜合性能 , 如優異的塑性、沖擊韌性、可焊接性及耐腐蝕性。
目前 , 我國船舶與海洋工程用鋼已能滿足國內市場的大部分需求 , 但部分高級別的特種鋼材仍依賴進口 , 主要是具有高強度、抗層狀撕裂、大熱輸入量焊接、超低溫韌性、高止裂等性能的鋼板 , 其生產工藝十分嚴格 , 對設備要求高 , 開發難度大。為此 , 急需開發一系列高品質船舶及海洋工程用鋼 , 進一步推進我國船舶和海洋工程業的發展。
本文從船舶、海洋工程用鋼的基本性能要求出發 , 對典型海洋環境用鋼的研發現狀進行分析 , 指出了我國在耐海水腐蝕用鋼以及大熱輸入量焊接用鋼方面與國外存在的差距 , 并對我國研發新型船用鋼提出建議。
1船舶、海洋工程用鋼基本要求
1.1高強度和高韌性
高強度和高韌性是船舶和海洋工程用鋼要達到的基本要求 , 而隨著運輸和勘探等行業對船體和海洋工程結構安全性要求的不斷提高 , 船舶和海洋工程用鋼板的強度和質量等級也在逐步提高。20 世紀 90 年代起 , 日本和歐洲率先開發出屈服強度為 390MPa 級的熱機械 控 制 工 藝型高強船板 （YP40K）， 主要用在船體受應力比較大的舷側舷緣頂板和強力甲板上。
展開 軟件定義汽車的基石：高可靠高性能芯片
05 高性能芯片對功能安全的支持和開發挑戰
高性能多核芯片的應用一方面是為了提高計算能力，另一方面則是通過多核可實現不同ASIL等級的拆解，但在多核系統中實現ISO26262定義的功能安全卻并非易事。要想在多核系統上實現一定的功能安全設計目標，會對硬件和軟件兩方面產生一定的影響。
在硬件方面，可能就是多核處理器的鎖步概念：在鎖步模式下，兩個核分別執行相同的代碼，獨立的比較器對兩個核的計算結果進行比較，并在出現差異時生成一個trap。之后的處理取決于ECU的硬件條件和安全架構，其中硬件設計上必須確保在trap發生后ECU仍然處于安全狀態（鎖步核的增加不是提高計算能力的多核架構，而是一種保證系統安全的多核機制，個人的理解）。而在軟件方面，開發人員根據軟件的可并行性和相關安全架構，將上層軟件模塊分配給AUTOSAR中定義的OS Application。這一分配過程對應于ISO26262中定義的"分區"，且該過程能夠使ECU在運行時不會引起內部區域的相互干擾。在多核ECU中，OS Application被分配給不同的處理器內核。從開發人員的角度來看，分區的主要目的并非程序并行性或是程序安全性：首要任務是確保OS應用程序之間不受互相干擾。為此，尤其需要引入運行時監控（Runtime Monitoring）并避免對安全相關的存儲器內容進行篡改。
總之，高可靠高性能的汽車芯片在提供豐富外設的同時更給復雜的汽車軟件開發和應用提供了根基。雖然很長一段時間，芯片核心技術被國外壟斷，但我們國內的很多企業，例如地平線、芯馳科技都在研發上取得了不俗的創新和良好的市場表現，讓我們有充分理由相信智能化浪潮的演進會比預期中更快更精彩。
展開 《Nature》高性能液晶高分子的3D打印
作者制備并對比了幾種同樣帶開口，但有著不同的纖維排列的液晶高分子層壓板。在下圖a/b中可以看到，在開口附近引入了精確打印的纖維以適配拉伸過程中開口處的應力，可顯著提升樣品的力學性能（比各向同性的高分子高出30-55倍）。這說明，纖維的結構可以根據具體特定的受力情況進行設計。液晶高分子打印線和部件的比剛度、比強度和抗震性能優于現有打印高分子，接近碳纖維增強高分子材料（下圖c）。進一步的，作者打印出了極度復雜同時有優異力學性能的結構（下圖d/e）。
3D打印液晶高分子的力學性能以及負責結構模型。圖片來源：Nature
作者還證明這種材料可回收再利用。考慮到對于打印而言，黏度（流動性）是非常關鍵的參數，作者測試了原始的和回收的材料熔融后的流動性。結果表明，對于未經熱退火的回收樣品，流動性并未發生顯著變化。經過熱退火的回收樣品在熔融后流動性大大下降，不過作者猜想，可以通過適當的水解使得分子量下降，從而降低這些的樣品的黏度，提高加工性能。可回收的特性讓這種3D打印的液晶高分子材料相比于傳統的纖維增強高分子材料更具競爭力。
3D打印液晶高分子材料具備循環利用的可能性。圖片來源：Nature
綜上，作者注意到熱致液晶高分子在3D打印擠出過程中的取向以及所形成的獨特核殼結構，由此得到具有優異力學性能的纖維，力學性能比目前最先進的3D打印高分子材料要高出一個數量級。在單個纖維水平上細致地研究了不同打印條件對3D打印出纖維力學性能的影響后，作者深入研究復合纖維的力學性能，并挖掘液晶取向和3D打印結合所帶來的對局部力學性能的精確控制。這一成果將3D打印“自上而下”的自由成形能力與液晶高分子“自下而上”分子取向控制相結合，帶來了無數新的可能。
展開 江南造船專家談 | 數字化變革——船舶設計高質量發展之路
雖然在船舶設計流程乃至船舶的整個生命周期，實現“單一數據源”仍然有相當長的路要走，但設計流程中的“單一數據源”并非船舶行業的終極目標，涵蓋三維設計、智能制造和供應鏈的整體數字化變革才是船舶行業高質量發展的必由之路。
原文刊載于《船舶》雜志 2023 年第2期 作者：江南造船（集團）有限責任公司 胡可一 王冰
貴州大學謝蘭教授團隊：高導熱的高性能電磁屏蔽材料
因此，迫切需要開發具有高導熱率的高性能電磁屏蔽材料。
謝蘭教授團隊長期從事生物質基新材料的研究工作，圍繞“構建結構與功能化一體的高性能生物質基新材料”關鍵問題，從“多層次結構調控-表面/界面作用機制分析-高性能/功能化實現-指導實際生產應用”幾個方面開展了系統性研究工作，并取得一系列研究成果（Chemical Engineering Journal, 2020, 397, 125297；Composites Part B: Engineering, 2020, 203, 108467; Macromolecules, 2015, 48, 2127; Materials Horizons, 2014, 1, 546; ACS Sustainable Chemistry & Engineering,2017, 5, 3279; Biomacromolecules, 2016, 17, 985;CS Sustainable Chemistry & Engineering, 2016, 4, 334; Applied Surface Science, 2020, 502, 144098. Applied Surface Science, 2020, 517, 146135;…….）
圖1. 基于填料多尺度設計實現生物質基高分子的高性能與多功能化。
展開 納米粒子增強高性能高彈性模量鋼
由于鐵(Fe)的密度與其他輕質合金(例如Al、Mg)相比較高，鋼的比強度(YS/ρ和UTS/ρ)通常處于劣勢，而剛度是相似的。通過先進的合金化和微結構工程，鋼的特殊強度可以顯著提高，達到或超過先進輕合金的水平。但是，用于提高比強度的策略對鋼的楊氏模量(190-210 GPa)沒有顯著影響，比剛度大約為24-26 GPa·cm3/g，因此，高強度鋼制成薄壁部件時無法抵抗較小的變形，例如彎曲撓曲。通過結合剛性和輕質陶瓷相，可以同時提高鋼的比強度和比剛度（例如加入二硼化鈦TiB2），但是基于Fe-TiB2復合材料制備高模量鋼（HMS）存在著增強的機械性能和主流生產制造之間權衡的一大難題。
來自美國加利福尼亞大學、北京科技大學等單位的研究人員提出了新的概念，使用低體積分數的納米顆粒（TiB2）生產高性能高模量鋼（HMS），研究納米處理的Fe-Ti-BHMS的微觀結構，相較于傳統HMS力學性能更高，屈服強度達510MPa，抗拉強度達950MPa，同時保持高楊氏模量、低密度和延展性，滿足大規模生產條件。相關論文以題為“Nano particle enabled high performance high modulus steels”發表在Scripta Materialia。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113954
本文通過熔融鹽混合物將少量異質形核劑TiB2納米顆粒（7.35%-12%）加入到共晶Fe-5.53Ti-2.29B中，此過程稱為納米處理（NT），而后以小于5K/s的冷卻速率緩慢凝固（接近平衡凝固）。冷卻后將鑄錠在1050℃鍛造成矩形棒，后進行爐冷以消除殘余應力。
展開 一種高性能超低溫材料：高熵合金
CIENCE CHINA Materials 近期在線發表的一篇論文深入研究了CoCrFeNi高熵合金的超低溫服役行為，發現液氦環境下孿晶主導的變形機制引發了鋸齒流變行為，變形孿晶和相變行為的共同作用導致了其優異的力學性能。
超低溫材料在深空探測、應用超導和氣體工業領域有諸多應用。隨著聚變反應堆領域和空間技術的進步，針對高性能低溫材料的需求越來越迫切。高熵合金作為多主元合金（多種合金元素等比例或近似等比例組成）的代名詞，近些年引起研究人員的廣泛關注。由于其合金設計理念的不同，高熵合金被認為具有突破傳統材料諸多性能極限的潛力。
美國國家航空航天局發射的好奇號、洞察號火星探測器和洞察號傳回地球的第一張圖片。（來自pixabay和百度圖片）
聚變反應堆裝置示意圖
該文詳細研究了具有面心立方結構的CoCrFeNi高熵合金的超低溫服役行為，結果顯示該合金在極低溫環境下，能夠保持高強度和極優異的韌性。
CoCrFeNi高熵合金的拉伸應力應變曲線
歸根結底，這些優異的綜合性能源于多組元合金極低的層錯能，使變形孿晶在超低溫環境下大量出現，進而導致材料在極限溫度下保持高強高韌的特點。另外，研究還發現該合金在超低溫環境準靜態拉伸時表現出FCC-HCP相變行為，說明在極低溫且高應力狀態下，HCP結構的CoCrFeNi合金比FCC結構更穩定，加深了我們對高熵合金相穩定性的認識。除此之外，高熵合金在液氦溫區拉伸時出現了鋸齒流變行為，作者認為這種特異性的現象是由孿晶主導的變形機制引起的，且相變行為的出現導致了該鋸齒行為不穩定。
不同金屬材料在4.2 K時的拉伸強度-延伸率圖
以上結果及上圖顯示，與傳統的金屬材料相比，高熵合金在極低溫環境結構材料領域具有很大的工業應用潛力。
展開 武漢理工&廣州大學：高通量計算快速篩選出高性能吸附材料！
事實上，具有高選擇性的材料，其比表面積和孔體積較高，理論上應當具有較高的吸附性能，但是其吸附量卻很低，使得APS值較低。這是由于這部分材料對水分子的吸附量很高，具有很強的親水性，與水分子的競爭性吸附是這部分材料具有高選擇性的原因。此外，具有最高APS的PPN的孔徑在 3.8 - 4.8 ?之間。如果孔徑太小，氣體分子就無法進入空腔。相反，如果孔徑太大，客體分子與孔壁之間的親和力會減弱，從而導致選擇性低。最佳的VSA和GSA分別在500-2250 m2·cm-3和500-3500 m2·g-1范圍內。具有高APS的PPN ,其孔隙率高度集中在 3×10-3-0.1 的范圍內，最佳孔容位于6×10-3 - 0.15 cm3·g-1，最佳密度在600-1500 g·cm-3范圍內。
圖4. 各種結構參數對PPNs的吸附選擇性的影響
決策樹是一種經典的機器學習算法，根據不同特征的節點劃分，可快速規劃出設計高性能材料的基本原則。
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