船舶結構設計的案例
PATRAN在船舶整船CAE設計中的應用
隨著船舶工業(yè)的快速發(fā)展，船舶型式也逐漸向著大型化和專業(yè)化轉變。各國的船級社都針對船舶結構設計開發(fā)出自己的結構設計軟件，這些軟件具有從船舶結構的初步設計到構件強度校核等一系列功能。但這些軟件都是針對各種成熟船型，不能完全滿足那些特殊用途的特種船舶（例如雙體船、小水線面船舶等）的設計與強度校核的需要。因此，在對這些特殊船型船舶進行結構強度計算和動態(tài)特性分析時，往往求助于其他更為成熟的、結果能夠得到專家認可的通用有限元分析軟件。
MSC.Patran是工業(yè)領域應用非常廣泛的有限元前、后處理軟件，是一個開放式、多功能的三維MCAE軟件包，具有集工程設計、工程分析、和結果評估功能于一體的、交互圖形界面的CAE集成環(huán)境，可為多個解算器提供實體建模、網(wǎng)格劃分、分析設置及后處理，其中包括 MSC Nastran、Marc、Abaqus、LS-DYNA、ANSYS 及 Pam-Crash。
因其方便快捷的前后處理功能，與其相連的有限元解算器 MSC.Nastran功能的全面性、求解問題結果的準確性，得到了許多設計單位的青睞，成為進行船舶整船結構設計與強度校核的有力的輔助工具。采用 MSC.Patran 系列軟件進行船舶結構的設計與強度校核時，首要問題是對目標結構進行合理的有限元模型化。船舶結構是大型的板－梁復合結構，為了保證船舶特別是特殊用途船舶的整體性能，許多船舶具有比較特殊的外觀結構；同時，船舶結構內部因為裝載、穩(wěn)性和人員工作等需要，劃分了許多艙室，每個艙室都有可能在一些局部因特殊目的而具有特殊結構特點。這些結構上的復雜性使船舶整船建模繁瑣而困難。其次，船舶工作時所處的環(huán)境復雜，本身裝載條件也是不斷變化，造成進行船舶結構強度校核時對于結構載荷與邊界條件處理上的困難。
展開 視頻 | 船舶結構分析：結合模擬和測試數(shù)據(jù)實現(xiàn)真正的數(shù)字孿生（附免費下載）
在這種背景下，在船舶行業(yè)中掀起了一輪變革熱潮。
數(shù)字化船舶設計
數(shù)字化技術可以應用于船舶設計的各個方面，包括建模、仿真、測試、優(yōu)化和生產(chǎn)等。它可以提供更快、更準確、更節(jié)省成本、更環(huán)保、更安全和更可靠的設計方法和信息，幫助設計師、工程師和生產(chǎn)商更好地理解、分析、改進和控制船舶性能和過程，以此來更好地滿足用戶需求和市場需求，提高競爭力和市場份額。同時數(shù)字化應用也可以提高船舶設計和制造的協(xié)同和整合能力，減少設計制造周期，提高產(chǎn)品質量和可靠性，降低生產(chǎn)成本和風險，為船舶行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。因此，數(shù)字化在船舶設計中的重要性不言而喻。
船舶結構設計仿真
數(shù)字化船舶設計時代已經(jīng)到來。如何應用在船舶結構分析仿真中呢？
船舶結構分析仿真讓我們可以在船舶涉水之前預測真實操作條件下耐久性、聲學性能和結構行為之類的屬性。利用數(shù)字船舶設計可確保用戶在考慮到多個方面的情況下選擇理想設計。通過這種方式，用戶可以在早期設計階段做出明智的設計決策，從而節(jié)省時間和金錢。
目前，船舶結構設計中會涉及到哪些仿真分析呢？
船體的強度、剛度分析；動力學分析；噪聲分析；抗爆性分析；疲勞耐久性分析；流體阻力分析；動力與推進分析；穩(wěn)性與耐波性分析；通信設備的電磁場分析；優(yōu)化設計分析；多物理場耦合分析...等
船舶結構分析解決方案（視頻分享）
面對數(shù)字化如何與結構仿真結合？如何確保船舶結構的完整性？這些諸多問題，本次為大家準備了西門子官方視頻《船舶結構分析：為真正的數(shù)字孿生融合仿真和測試》。
展開 基于AIPOD的船舶結構優(yōu)化設計
一、背景介紹
隨著航運業(yè)的快速發(fā)展，船舶的性能要求日益提高，尤其是在安全性、經(jīng)濟性和環(huán)保性方面。傳統(tǒng)的設計方法往往依賴于經(jīng)驗和試驗，效率低下且成本高昂。因此，仿真優(yōu)化在現(xiàn)代船舶設計中的作用越加突顯，采用計算機仿真技術進行結構優(yōu)化成為一種趨勢。
01 安全性
在傳統(tǒng)船舶仿真設計中結構參數(shù)的選取往往依賴于規(guī)范及工程師經(jīng)驗，此方法往往會造成有些區(qū)域設計強度冗余偏大，有些區(qū)域設計強度不足的情況；在傳統(tǒng)設計中工程師憑自身經(jīng)驗對強度不足的區(qū)域進行補強設計往往既耗時又費力，最后仍然無法得到一個最優(yōu)的設計方案。
但通過優(yōu)化仿真的設計方法，優(yōu)化軟件及優(yōu)化算法可以快速幫助工程師針對結構中強度不足的設計方案進行優(yōu)化和完善，并提供給工程師工程師一個強度最佳的設計方案，來滿足船舶設計安全性的需求。
02 經(jīng)濟性
在傳統(tǒng)的船舶設計方法中，面對減重設計來提高船舶建造的經(jīng)濟性，也基本依賴于工程師的經(jīng)驗；對于船舶復雜的結構，再加之每個結構又關聯(lián)多向的復雜參數(shù)，僅靠人工完成多維參數(shù)結構減重優(yōu)化，效果往往并不顯著；
但通過優(yōu)化仿真的設計方法，優(yōu)化軟件及優(yōu)化算法可以快速評估設計參數(shù)中影響目標設計重量的重要參數(shù)，并在滿足設計安全性的前提下，針對重要參數(shù)及其它參數(shù)進行多維參數(shù)優(yōu)化，最終提供給工程師一個既滿足安全性又滿足經(jīng)濟性的設計方案。
二、工程描述
圖1
圖2
● 本案例船舶結構優(yōu)化模型如圖1所示；此模型為寬25m，長50米，厚15mm鋼板。
展開 江南造船胡可一：從船舶設計手段變遷，看船舶工業(yè)的發(fā)展
設計人員不僅將Nastran有限元分析軟件應用于船舶結構設計，而且將其應用于建造過程中的總段吊裝分析、船體下水時的受力分析等； 同時應用CFD分析軟件進行船體線型設計和優(yōu)化，提高了船模試驗的成功率，節(jié)約了試驗費用。
應用CFD分析進行船體線型設計和優(yōu)化
此外，船廠還為總體設計人員配置了 NAPA 總體性能計算軟件。這個軟件是開發(fā)、設計人員在前期的方案設計優(yōu)化和完工時總體完工文件計算的得力助手，大大提高了工作效率。
CATIA 3DEXP
船舶設計手段再次騰飛
隨著復雜船舶的承接，設計、建造和管理效率提升的迫切性，船廠原有的Tribon軟件無法滿足現(xiàn)代化造船模式對三維電子模型的需求。
2015年，江南造船引進了法國達索公司的CATIA 3DEXP軟件。經(jīng)過3年努力，江南造船不僅將CATIA 3DEXP軟件應用到了船舶研發(fā)設計，而且還拓展應用建造流程模擬、建造工法、內裝體驗式設計等。
采用全船三維建模、按照現(xiàn)代造船模式出圖的297000噸VLCC
從上述我的親身經(jīng)歷不僅可以看出船舶設計手段的變遷和發(fā)展，同時這些船舶設計手段的變遷和發(fā)展也見證了中國船舶工業(yè)的發(fā)展歷程。確實，改革開放40多年來，特別是近20年，中國船舶工業(yè)得到了飛速發(fā)展，已經(jīng)躋身國際造船業(yè)的第一方陣。
展開 
HyperWorks驅動“伊麗莎白女王級航母”結構的高效設計
結論
與自動化和航空航天領域相比，以優(yōu)化為中心的仿真驅動設計在海事工程領域中的發(fā)展緩慢很多，其主要原因在于新 型艦船設計的周轉率較低，因而不利于其快速發(fā)展以及新設計技術的應用。
仿真驅動設計為車輛和飛行器制造商提供的諸多設計優(yōu)勢在船舶制造業(yè)中也同樣可以大展身手。船舶結構經(jīng)過優(yōu)化后， 能盡量避免通過復雜的局部解決方案來處理概念設計階段出現(xiàn)的問題，從而實現(xiàn)結構的輕質高效性，最終削減材料的使用 量并降低制造成本。此外，仿真驅動設計只需很少的設計流程即可取得以上優(yōu)勢，并且還有助于減少解決局部結構問題所 需的修補設計工作。
事實證明，仿真驅動設計可在船舶結構的設計與制造中大有作為，不僅降低成本并減輕質量，還可提高結構的性能和 效率。
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展開 [Altair在線研討會之七]HyperWorks在船舶CAE分析中的應用(2010-7-9)
諸位，Altair將在2010年舉辦一系列在線研討會（Webinar）, 其中2010年7月9日上午9：30-10：30將會舉行第七期：HyperWorks在船舶CAE分析中的應用，感興趣的抓緊報名了。信息與報名鏈接：http://www.altair.com.cn/EventList.aspx?type=Web%20Seminar
Topic 7：HyperWorks在船舶CAE分析中的應用
日期：2010-7-9
時間：9:30 AM – 11:30 AM
主講人：Altair 公司高級工程師曾神昌
本期主要內容：
船舶經(jīng)常運營于高速、強水流、強氣流等環(huán)境條件下，船舶設計結構不僅要考慮船舶總縱強度、局部強度、結構穩(wěn)定性，還需要考慮振動、沖擊、噪聲等。其結構設計的困難另一個重要方面是由于船舶體積龐大，在很多場合下無法象汽車、飛機等一樣做整體試驗。傳統(tǒng)船舶結構設計是通過母型船改進，結合經(jīng)驗開展簡化結構的定性分析計算完成，其結構設計、計算和分析包含大量的經(jīng)驗成分。船舶結構試驗開展的困難，加大了船舶結構設計對數(shù)值仿真技術的依賴性，在現(xiàn)代船舶行業(yè)，CAE技術已成為船舶結構設計的重要工具。Altair作為世界著名的CAE軟件和技術服務供應商，入解船舶行業(yè)CAE的發(fā)展需求和技術動向，在國內外船舶行業(yè)有著豐富的實踐經(jīng)驗和應用案例，其軟件產(chǎn)品HyperWorks是專門為那些產(chǎn)品需要高度工程化的行業(yè)或者工程環(huán)境開發(fā)的，涵蓋了船舶CAE技術應用的多個方面，為船舶行業(yè)提供了一個完整的、功能強大的、創(chuàng)新的、架構開放的CAE技術平臺。
報名方式：
通過網(wǎng)絡注注冊報名，注冊地址http://www.altair.com.cn/EventList.aspx?type=Web%20Seminar
展開 HyperWorks在船舶甲板支撐結構設計中的應用
摘要：文章應用HyperWorks軟件評估了液壓折臂吊下甲板支撐構件的強度，并進一步應用OptiStruct模塊對液壓折臂吊下的船舶甲板支撐結構進行了尺寸優(yōu)化設計。優(yōu)化過程中將甲板支撐構件尺寸參數(shù)作為變量，將中國船級社規(guī)范中規(guī)定的許用應力指標作為約束，將支撐結構總質量最小作為優(yōu)化目標，最終得到了滿足規(guī)范要求的甲板支撐構件最優(yōu)尺寸。
關鍵詞：船舶結構，尺寸優(yōu)化，HyperWorks
1 引言
近年來，民船大型化，功能多樣化已成為一種趨勢。在船舶設計過程中，船體局部結構有限元強度計算任務較以往有所增加。設計部門需對船級社規(guī)范指定的結構，進行有限元強度計算，確保該結構應力符合規(guī)范要求，并編制好計算報告書送船級社審核。
在規(guī)范指定進行有限元強度校核的構件中，甲板設備支撐結構占了很大比重。其中，典型的甲板設備主要有錨機、起重機、吊桿、起重柱、系纜樁、導纜器和應急拖帶裝置等。按規(guī)范要求液壓折臂吊屬起重機吊桿一類，需進行支撐結構強度校核。本文以液壓折臂吊為例，說明HyperWorks在船舶結構強度計算中的具體應用。
通常，在進行強度校核計算前，甲板支撐結構的構件尺寸已初步確定。構件尺寸的初始值是根據(jù)整條船的結構規(guī)范計算書得來的，這些尺寸主要是基于船舶種類、主尺度、骨架形式等全船性的參數(shù)根據(jù)規(guī)范計算出來的，沒有考慮其上布置甲板設備帶來的載荷。在以往的計算中，通常先校核構件初始尺寸的強度，如不滿足規(guī)范滿求，則逐步增大構件尺寸，直至滿足規(guī)范要求。本文使用HyperWorks軟件的優(yōu)化功能，完成船舶甲板結構支撐構件的尺寸優(yōu)化設計。該方法相對以往方法更加方便，在很大程度上提高了工作效率，通過將質量最小作為優(yōu)化目標，得到的構件尺寸也更加合理。
展開 設計仿真 | 直播預告-航天船舶行業(yè)結構隨機振動專題講座
本期海克斯康直播講堂請到了結構仿真高級專家冀溫凱，將帶來“航天船舶行業(yè)結構隨機振動”主題技術分享，展示MSC Nastran是如何直接進行隨機振動分析并進行預載荷隨機振動分析設置，更有復材應用案例輔以講解，趕快報名預約吧！
船舶結構分析應用的工作站/服務器硬件配置推薦
DNV GL Sesam軟件主要算法及計算特點
DNV GL Sesam是由挪威船級社DNV GL（Det Norske Veritas Germanischer Lloyd）開發(fā)的結構設計和分析軟件，主要用于海洋、航運和能源行業(yè)的工程項目。以下是DNV GL Sesam的主要功能、功能模塊以及計算特點的概述：
主要功能：
1) 結構設計與分析：DNV GL Sesam可以用于設計和分析各種復雜結構，如海洋平臺、船舶、管道、風力渦輪機等。
2) 負載計算：用于計算結構在不同工況下受到的負載，如波浪、風、地震等。
3) 疲勞分析：用于預測結構在長期負荷下的疲勞壽命和安全性。
4) 穩(wěn)定性分析：用于評估結構在不同工況下的穩(wěn)定性和安全性。
5) 有限元分析：可以進行線性和非線性的有限元分析，用于求解復雜結構的應力和變形。
6) 接觸分析：用于分析結構間的接觸行為，如槽口接觸、螺栓接觸等。
7) 斷裂力學：用于評估結構在裂紋存在下的斷裂韌性和可靠性。
8) 相似模型試驗：可以進行模型試驗和數(shù)據(jù)處理，用于驗證數(shù)值模擬結果。
主要功能模塊： DNV GL Sesam由多個功能模塊組成，每個模塊針對不同的結構分析和設計任務。常見的功能模塊包括：
§ GeniE：通用的結構設計與分析模塊。
§ HydroD：用于水動力學分析，如波浪荷載計算等。
§ FemFat：用于疲勞分析和壽命預測。
§ Sesam Marine：專門針對船舶結構的設計與分析模塊。
§ Sesam Offshore：專門針對海洋平臺結構的設計與分析模塊。
§ Sesam Wind：用于風力渦輪機結構的設計與分析模塊。
§ Sesam Pipe：用于管道結構的設計與分析模塊。
展開 船舶海工CAE精選資料：結構設計、CFD仿真相關實例、視頻、文檔...
隨著現(xiàn)代造船技術正朝著高度機械化、自動化、集成化、模塊化、計算機化方向發(fā)展，船舶海工相關CAE分析在船舶海工領域有了更多的典型應用。船舶的運行環(huán)境十分復雜，而且其運行環(huán)境經(jīng)常是高速、強水流、強氣流等條件，因此，在CAE分析中需要用可靠性高的軟件來計算在復雜載荷條件下結構的靜、動力響應，損傷破壞和系統(tǒng)的壽命。本次，為大家?guī)砹?個船舶海工CAE精選資料，涉及實際案例應用及先進技術理念，有文檔有視頻，全部免費領取，希望能為大家的技術提升帶來幫助！
目錄
一、湍流建模及其對于船舶行業(yè)的影響
二、如何使用仿真驅動型方法設計船舶
三、應對未來挑戰(zhàn)的船舶設計：船舶設計的范式轉變
四、船舶設計的全尺寸CFD模擬
五、海軍造船數(shù)字化，開創(chuàng)高效開發(fā)和生產(chǎn)多樣化的新時代
六、采用ALS技術減少散貨船摩擦阻力的CFD研究
課程簡介
一、湍流建模及其對于船舶行業(yè)的影響
了解如何將湍流建模的典范做法運用于船舶行業(yè)仿真。
湍流建模是對所有實際行業(yè)問題進行計算流體力學 (CFD) 仿真必不可少的要素。但是，選擇最適當?shù)哪Ｐ停⒎禽p而易舉之事。
本次視頻將探討：
1.湍流建模的一些基礎方面及其如何影響解算方案。
2.統(tǒng)計（本質上就是雷諾平均納維-斯托克斯方程模型）與尺度解析仿真（大漩渦仿真、分離渦模擬）之間的區(qū)別。
3.壁面處理最重要的方面，包含或不包含粗糙度，以及過渡模型最主要的因素。
湍流模型的影響將通過幾個示例進行闡述，其中采用了規(guī)范工況（通道流、邊界層）以及與海洋行業(yè)直接相關的工況。
展開 船舶大開口結構有限元分析專用前后處理軟件的設計
針對船舶大開口結構的有限元分析，編制了專用前后處理軟件。軟件采用參數(shù)化的網(wǎng)格設計，前處理只需按可視化界面輸入一些簡單的基本尺寸、材料及載荷數(shù)據(jù)，就能生成供計算使用的復雜模型。在后處理中，能直接顯示甲板及舷側開口區(qū)的應力分布圖、應力值表和應力集中系數(shù)。提供的信息完整、圖形直觀、操作簡潔。
船舶大開口結構有限元分析專用前后處理軟件的設計.pdf
船舶設計軟件：船舶行業(yè)設計及分析軟件推薦
2、運用海試數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)或者相同的船舶數(shù)據(jù)來對模型進行實況性能分析，當數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)以及船舶、螺旋槳、減速齒輪模型的數(shù)據(jù)，以便從之前的分析中選擇組件或者創(chuàng)建新的組件。
4、專業(yè)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(fā)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(shù)、幾何性質計算以及CAD/CAM 文件導出等。
展開 克羅地亞薩格勒布大學機械工程與船舶建筑學院選擇 Cast-Designer Weld 用于大型結構與海洋設備焊接設計與模擬
今年7月，薩格勒布大學面向全球招標， 遴選能針對大型結構和海洋工程進行焊接設計與模擬的軟件系統(tǒng)和相關服務，C3P Software憑借強大的技術實力和完善的一級、二級技術支持能力最終在眾多軟件中脫穎而出，一舉中標。
C3P software 的 Cast-Designer WELD， 為焊接行業(yè)客戶和焊接產(chǎn)品提供完整的解決方案：包括焊接工藝設計、模擬和焊接裝配優(yōu)化。過程中考慮了幾何設計，材料性能和焊接工藝等所有因數(shù)。針對大型焊件，從材料到工藝，到模擬和優(yōu)化唯一可行的全流程系統(tǒng)，內置超快速自動建模技術和人工智能優(yōu)化算法。
Maja Jurica, 薩格勒布大學機械工程和船舶建筑學院高級研究員，很自豪地說“我們選擇 Cast-Designer Weld 是由于其獨特的設計模擬一體化的綜合功能，及其對大型結構變形與應力分析勝于其他軟件數(shù)十倍的計算能力和模型化時間，正是我們長期尋求的”。
請點“在看”或分享，也歡迎留言。
如需申請 C3P Cast-Designer
或 Cast-Designer Weld軟件演示
請長按識別二維碼，填寫表格
我們將盡快與您聯(lián)系：
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(lián)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(shù)量及工作環(huán)境，可知其設計是一個復雜的系統(tǒng)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(jù)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(wěn)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(jīng)濟性、穩(wěn)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(fā)展歷史上，曾多次出現(xiàn)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(guī)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(shù)。
目前，常用的船舶推進軸系設計流程如圖 1所示。首先，根據(jù)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(jù)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(chuàng)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(guī)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(guī)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(guī)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(guī)定》規(guī)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(qū)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(jù)的公約、法規(guī)、規(guī)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(yè)已通過試驗或其他方法驗證等效措施至少與公約或法規(guī)、規(guī)定所要求的具有同等效能的證明。
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