船舶设计仿真技术在CAE中的应用

本文介绍的是船舶设计仿真解决方案，主要涵盖了船舶结构特性、船舶流体动力学特性和舰船物理场特性。这些特性是确保船舶安全、高效和舒适运行的关键因素。 船舶设计仿真解决方案是一个综合性的技术，旨在提高设计效率、降低成本并确保船体的经济性、安全性和合理性。随着信息化技术的进步，船舶设计已步入电子样船开发和数字化造船阶段。该解决方案涉及到以下几个关键方面： 1. 船舶结构特性：设计时需考虑结构的强度、刚度、振动和噪声控制。结构特性包括总纵强度（整体变形和抗破坏能力）、局部强度（应对局部载荷）、扭转强度、疲劳强度（多次载荷下的耐久性）、抗爆强度（对抗爆炸或冲击的能力）以及屈曲分析、波浪载荷预报和晃荡分析。这些分析可以通过软件如ANSYS Mechanical进行模拟。 2. 船舶流体动力学特性：目标是替代部分船模试验，提供全雷诺数的数值模拟，预测船舶在静水和复杂环境中的阻力、推进性能、航行速度和波浪失速等问题。此外，还能评估船舱通风和火灾安全。计算流体力学（CFD）工具如ANSYS CFD可以进行这类仿真。 3. 舰船物理场特性：对于军事舰船，物理场特性至关重要，包括声场分析。舰船的声学特性影响隐蔽性和水下作战能力。舰船的CAE分析涉及结构静力分析、振动和噪声控制，例如使用ANSYS CFX进行水下辐射噪声计算，确保舰船在航行中的舒适性和隐蔽性。 船舶结构静力分析是评估船体在各种正常和极端条件下的强度和稳定性，包括总纵强度、局部强度、扭转强度、疲劳强度和屈曲分析。ANSYS软件能够处理这些问题，确保船舶在承受各种载荷时的安全性。 在设计过程中，还需要考虑疲劳强度分析，以确保船体在长期使用后的结构完整性，以及断裂安全性问题，这些都是通过仿真技术进行预测和优化的。此外，通风系统和火灾安全性能也是通过计算流体力学仿真来确保的，以保证船舱内的舒适度和人员安全。 通过这些先进的仿真工具和技术，船舶设计不仅提升了设计效率，还增强了船舶的性能和安全性，推动了中国从船舶制造大国向技术附加值更高的船舶创新大国的转变。