【案例分析】使用RADIOSS提高船舵對近距離爆炸事件沖擊載荷的抵御能力

2017-01-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

0導(dǎo)讀

本文使用HyperWorks對船舵進(jìn)行顯式動力學(xué)分析,評估船舵組件對近距離爆炸沖擊載荷的抵御能力,通過強(qiáng)化舵承支架以提高其彎曲強(qiáng)度。

1客戶介紹

海事、造船和近海產(chǎn)業(yè)的工程師需要面對物理空間受限、極端氣候條件、深水和遠(yuǎn)程位置等各種設(shè)計挑戰(zhàn)。這些約束條件讓工程師的工作環(huán)境變得非常極端,使他們很難開發(fā)出有效、可靠和安全的作業(yè)平臺。而使用仿真技術(shù)能提高設(shè)計效率并減少實(shí)際測試成本,因此它始終是應(yīng)對海運(yùn)業(yè)工程設(shè)計挑戰(zhàn)的最佳方法之一。

Assystem擁有50年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn),是全球最大產(chǎn)業(yè)集群的關(guān)鍵合作伙伴之一。該產(chǎn)業(yè)集群包括:空客、阿?，m、阿爾斯通、EDF、EADS、通用電氣、奔馳、標(biāo)致、雷諾、勞斯萊斯、賽峰集團(tuán)和泰雷茲等。

Assystem工程設(shè)計團(tuán)隊的宗旨是:設(shè)計和開發(fā)滿足未來需求的產(chǎn)品和服務(wù)、打造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品并確保其在整個生命周期內(nèi)得到最優(yōu)使用,以及協(xié)調(diào)和完成項目與基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)施。秉承上述宗旨,Assystem工程設(shè)計團(tuán)隊取得了輝煌成績,深得客戶信任。

2項目背景

修改船舶舵機(jī)的設(shè)計方案后,需要在安裝前對船舵組件在經(jīng)受近距離爆炸事件時的沖擊載荷抵御能力進(jìn)行評估。

為解決這一問題,Assystem采用彈塑性材料模型進(jìn)行了顯式動力學(xué)分析。在此過程中,Assystem利用Altair的高性能有限元前處理軟件HyperMesh生成網(wǎng)格,隨后在先進(jìn)的結(jié)構(gòu)求解器RADIOSS中進(jìn)行分析,并通過后處理工具HyperView核查得出的結(jié)果。他們對多種載荷情況進(jìn)行仿真測試并得出結(jié)果,以確保找出制約抗沖擊性的因素。

Assystem將測試案例與憑經(jīng)驗(yàn)得出的解決方案的比較結(jié)合起來,通過查看內(nèi)置質(zhì)量核查以及監(jiān)測輸出對模型進(jìn)行校驗(yàn)。除強(qiáng)度校核外,Assystem還評估了截面受力和密封位移情況?；谶@些分析結(jié)果,設(shè)計方案得到了大幅度優(yōu)化。

3解決方案

在成功構(gòu)建出舵機(jī)及其附近船體結(jié)構(gòu)的有限元模型后,研究人員向模型施加了與爆炸事件所產(chǎn)生沖擊載荷強(qiáng)度相同的載荷,并對模型的抗沖擊情況進(jìn)行了檢查和評估。

此外,他們還對船舵組件及其附近的一部分船體結(jié)構(gòu)施加了壓力和速度隨時間變化的脈沖波。隨著對塑性應(yīng)變、密封偏差和截面受力情況的監(jiān)測,相應(yīng)結(jié)構(gòu)得到確定。他們分別考慮了多種情況,每種情況下都會向三個主軸同時施加載荷。

【案例分析】使用RADIOSS提高船舵對近距離爆炸事件沖擊載荷的抵御能力hypermesh技術(shù)圖片1

【案例分析】使用RADIOSS提高船舵對近距離爆炸事件沖擊載荷的抵御能力hypermesh技術(shù)圖片2

【案例分析】使用RADIOSS提高船舵對近距離爆炸事件沖擊載荷的抵御能力hypermesh技術(shù)圖片3

此分析過程通過RADIOSS完成。RADIOSS是一款功能強(qiáng)大的設(shè)計工具,被廣泛應(yīng)用于全球各個行業(yè),能有效提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗沖擊性、安全性和工藝性。對舵機(jī)盒進(jìn)行仿真時采用了彈塑性材料模型,以便形成永久塑性形變,利于捕獲數(shù)據(jù)。設(shè)計人員借此定義了接觸區(qū)域,其中包括接合區(qū)域和附近表面的摩擦接觸點(diǎn)。外殼的外切割邊緣上應(yīng)用了施加的速度曲線。此外,他們還對外表面施加了壓力脈沖。分析過程中,載荷從不同方向造成沖擊,以確保找出制約抗沖擊性的因素。

對分析結(jié)果的校驗(yàn)按照以下步驟進(jìn)行:

◆通過比對經(jīng)驗(yàn)公式,檢驗(yàn)所選單元技術(shù)的可行性。

◆執(zhí)行模態(tài)分析后將結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行比對。

◆對彎曲和局部應(yīng)變集中局域進(jìn)行網(wǎng)格優(yōu)化。

◆檢查單元質(zhì)量。

◆檢查質(zhì)量和反應(yīng)性。

◆核查是否存在單元沙漏能和質(zhì)量縮放誤差。

分析校驗(yàn)過程由具有高達(dá)48和64并行核心的計算機(jī)集群完成。此外,還使用了雙精度求解器并啟用RADIOSS進(jìn)行并行處理,以確保為并行求解所選的域的數(shù)量和位置不會影響最終解決方案。

評估時計算了以下分析輸出:

◆塑形應(yīng)變

◆截面力

◆密封移動量

◆致動器驅(qū)動力

◆速度響應(yīng)

4結(jié)論

分析模型的相關(guān)驗(yàn)證核查完成?；诜治鼋Y(jié)果,設(shè)計方案得到了改良。在舵承的最初設(shè)計方案中,由于舵桿和舵承之間存在作用力,產(chǎn)生的彎曲力矩使下側(cè)支架非常容易發(fā)生形變。因此Assystem通過將舵承支架連接至密封架來強(qiáng)化其抗彎強(qiáng)度。肩部的剖面幾何特性也因此得到了優(yōu)化。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才