HyperWorks技术揭秘：沃尔沃环球帆船赛获奖帆船背后的故事

屏幕捕获_2019_11_11_17_03_54_172.png

行业：船舶

挑战：在预设的时间内开发出结构优化的帆船，并且考虑沃尔沃环球帆船赛挑战的各种约束条件。

Altair 解决方案：利用HyperWorks进行帆船相关结构的有限元分析和优化实现了强度、刚度、质量等性能最佳化为目标的整体结构设计和多级优化。

优点：在帆船多个重要的结构部件取得 10%的减重效果；缩短开发周期节约时间；在建造之前定义和优化结构

背景介绍

ABstructures 使用HyperWorks 系列CAE 软件设计和优化沃尔沃环球帆船赛获奖帆船 Ericsson 4 的结构。

该帆船船长 Torben Grael 于 2009 年 7 月 27 日在俄罗斯圣彼得堡宣布取得沃尔沃环球帆船赛的胜利。本次比赛历时 8 个月，在最严苛的情况下环球航行了 37,000 海里。ABstructures 在 Ericsson 3 的开发中已经使用了仿真软件 HyperWorks。在两艘 Ericsson 帆船中广泛使用 HyperWorks 进行碳纤维结构的设计和优化。与 2004 年完成的沃尔沃环球帆船赛使用的老一代帆船相比，新一代帆船的基础结构得到了提升。通过将顶尖 CAE 技术和丰富的实践经验相结合 ABstructures 在世界各个区域发布了轻量化结构的最佳设计。

挑战

在预设的时间内开发出结构优化的帆船，并且考虑沃尔沃环球帆船赛挑战的各种约束条件，例如沃尔沃 Open70 规则规定龙骨重量在 6.0-7.4 吨之间，游艇的整体重量近 14 吨。

“沃尔沃 Open70 规则旨在制造快速单桅单龙骨船。要适合最高水平的长距离海上竞赛，安全和自足是最重要的。该规则旨在促进稳定性高、易驾驶、少驾乘人员的适航船只的设计开发。任何于此向悖的开发都是不符合规则的。”

“我们已经在很多项目中使用了 HyperWorks，我们喜欢该软件的其中一点是它允许我们在相同的 license 协议下在同一个软件环境下处理绝大部分结构设计任务。感谢 HyperWorks 使我们可以在这次比赛使用的 Ericsson 帆船最重要的结构部件取得 10%的减重效果。” ABstructures 常务董事 Fabio Bressan 博士

解决方案

通过使用蕴含顶尖CAE技术的AltairHyperWorks软件进行帆船相关结构的有限元分析和优化实现了强度、刚度、质量（利用碳纤维材料的拓扑优化）等性能最佳化为目标的整体结构设计和多级优化。

这包括龙骨鳍截面、倾斜机构和相关结构。通过应用先进的优化概念，精简了复合材料铺层设计流程，提高了效率。这是通过识别设计流程中的三个关键阶段（概念设计综合，系统级设计和详细材料铺层设计）并使用各种优化技术（拓扑、自由尺寸、铺层尺寸和铺层顺序）将它们耦合在一起实现的。复合材料自由尺寸优化可以在概念设计综合阶段充分挖掘复合材料的潜力同时设计结构和材料。使用自由尺寸优化可以得到整个结构特定纤维方向的每一层的不同厚度。还可以使用制造约束在概念设计综合阶段同时控制每一个铺层厚度，总铺层厚度，铺层方向百分比等。

在铺层尺寸(或厚度)优化阶段通过针对设计性能和制造要求的详细的尺寸优化对自由尺寸优化得到的概念设计阶段的铺层厚度进行细节调整。铺层顺序优化可以得到最佳铺层顺序并保证设计性能和铺层制造要求。屏幕捕获_2019_11_11_17_05_57_312.png