使用 RADIOSS 提高船舵对近距离爆炸事件冲击载荷的抵御能力

行业：海事

挑战：评估船舵组件对近距离爆炸冲 击载荷的抵御能力。

Altair 解决方案：使用 HyperWorks 对船舵进行显式动力学分析。

优点：强化舵承支架以提高抗弯强度。

客户介绍

海事、造船和近海产业的工程师需要面对物理空间受限、极端气候条件、 深水和远程位置等各种设计挑战。这些约束条件让工程师的工作环境变得非常 极端，使他们很难开发出有效、可靠和安全的作业平台。而使用仿真技术能提 高设计效率并减少实际测试成本，因此它始终是应对海运业工程设计挑战的最 佳方法之一。

Assystem 拥有 50 年的行业经验，是全球最大产业集群的关键合作伙伴之 一。该产业集群包括：空客、阿海珐、阿尔斯通、EDF、EADS、通用电气、 奔驰、标致、雷诺、劳斯莱斯、赛峰集团和泰雷兹等。    Assystem 工程设计团队的宗旨是：设计和开发满足未来需求的产品和服 务、打造优质产品并确保其在整个生命周期内得到最优使用，以及协调和完成 项目与基础设施的实施。秉承上述宗旨，Assystem 工程设计团队取得了辉煌 成绩，深得客户信任。

项目背景

修改船舶舵机的设计方案后，需要在安装前对船舵组件在经受近距离爆炸 事件时的冲击载荷抵御能力进行评估。

为解决这一问题，Assystem 采用弹塑性材料模型进行了显式动力学分析。 在此过程中，Assystem 利用 Altair 的高性能有限元前处理软件 HyperMesh 生 成网格，随后在先进的结构求解器 RADIOSS 中进行分析，并通过后处理工具 HyperView 核查得出的结果。他们对多种载荷情况进行仿真测试并得出结果， 以确保找出制约抗冲击性的因素。

Assystem 将测试案例与凭经验得出的解决方案的比较结合起来，通过查 看内置质量核查以及监测输出对模型进行校验。除强度校核外，Assystem 还 评估了截面受力和密封位移情况。基于这些分析结果，设计方案得到了大幅度 优化。    

解决方案

在成功构建出舵机及其附近船体结构的有限元模型后，研究人员向模型施加了与爆炸事件所产生冲击载荷强度相 同的载荷，并对模型的抗冲击情况进行了检查和评估。此外，他们还对船舵组件及其附近的一部分船体结构施加了压 力和速度随时间变化的脉冲波。随着对塑性应变、密封偏差和截面受力情况的监测，相应结构得到确定。他们分别考 虑了多种情况，每种情况下都会向三个主轴同时施加载荷。

此分析过程通过 RADIOSS 完成。RADIOSS 是一款功能强大的设计工具，被广泛应用于全球各个行业，能有效 提高结构设计的抗冲击性、安全性和工艺性。

对舵机盒进行仿真时采用了弹塑性材料模型，以便形成永久塑性形变，利于捕获数据。设计人员借此定义了接触 区域，其中包括接合区域和附近表面的摩擦接触点。

外壳的外切割边缘上应用了施加的速度曲线。此外，他们还对外表面施加了压力脉冲。分析过程中，载荷从不同 方向造成冲击，以确保找出制约抗冲击性的因素。

对分析结果的校验按照以下步骤进行：

• 通过比对经验公式，检验所选单元技术的可行性。
• 执行模态分析后将结果与经验公式进行比对。
• 对弯曲和局部应变集中局域进行网格优化。
• 检查单元质量。
• 检查质量和反应性。
• 核查是否存在单元沙漏能和质量缩放误差。

分析校验过程由具有高达 48 和 64 并行核心的计算机集群完成。此外，还使用了双精度求解器并启用 RADIOSS 进行并行处理，以确保为并行求解所选的域的数量和位置不会影响最终解决方案。

评估时计算了以下分析输出：

• 塑形应变
• 截面力
• 密封移动量
• 致动器驱动力
• 速度响应

结论

分析模型的相关验证核查完成。基于分析结果，设计方案得到了改良。 在舵承的最初设计方案中，由于舵杆和舵承之间存在作用力，产生的弯曲力矩使下侧支架非常容易发生形变。因 此 Assystem 通过将舵承支架连接至密封架来强化其抗弯强度。肩部的剖面几何特性也因此得到了优化。

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