HyperWorks在高性能游艇開發(fā)上的工程應(yīng)用

2016-10-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

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項(xiàng)目介紹

全球最大游艇制造商Brunswick船舶集團(tuán)旗下的領(lǐng)先的高端游艇制造商Sea Ray船舶公司的產(chǎn)品開發(fā)和工程部門位于佛羅里達(dá)空間海岸附近的可可海灘和卡納維拉爾角的梅利特島。梅里特島的工程技術(shù)團(tuán)隊(duì)為完成Sea Ray高端游艇的建模和分析兢兢業(yè)業(yè)地工作著。他們只使用Altair HyperWorks作為CAE工具。

“我們的一個(gè)姊妹公司也使用Altair的軟件,Sea Ray起初使用HyperWorks建立子系統(tǒng)模型,現(xiàn)在已經(jīng)拓展到全船模型?！盨ea Ray公司的Giovanni Greco這樣說,他是包含CAE團(tuán)隊(duì)在內(nèi)75名員工的整個(gè)工程部門的主管。

從兩年前Greco加入公司到現(xiàn)在,已經(jīng)有7名工程師在使用HyperWorks,團(tuán)隊(duì)對(duì)HyperWorks有了更廣泛的理解和更全面的應(yīng)用,HyperWorks被用于創(chuàng)建整個(gè)船舶的完整CAE模型和檢查各種工況下的設(shè)計(jì)。

挑戰(zhàn)

和很多其他奢侈品市場(chǎng)一樣,游艇市場(chǎng)也亟待改變和創(chuàng)新。Sea Ray通過不斷推出新產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新,每年推出8到12款新設(shè)計(jì)方案或改型方案。在任何時(shí)候,工程團(tuán)隊(duì)都在同時(shí)處理從造型部門拿到的6到7個(gè)設(shè)計(jì)方案,該部門是船舶業(yè)最大的造型部門之一。項(xiàng)目一開始,設(shè)計(jì)部門同結(jié)構(gòu)工程師和造船工程師就在一個(gè)工程組內(nèi)協(xié)同工作。當(dāng)模型成形后,其他部門如電子、機(jī)械、發(fā)動(dòng)機(jī)等部門的工程師會(huì)越來越多地參與進(jìn)來。Greco說:“Sea Ray游艇的關(guān)鍵設(shè)計(jì)元素包括亮麗的外形、可重構(gòu)的空間和高性能要求。Sea Ray以高性能運(yùn)動(dòng)船只、游艇和快艇聞名于世。因?yàn)槲覀兒芏嗫蛻粝胱屗麄兊拇懈叩呐渲?包括電視、娛樂系統(tǒng)以及像在掌舵處的實(shí)時(shí)GPS等高科技配件。這些東西大部分都很重,而且難于安裝。要使這些船舶性能優(yōu)異極具挑戰(zhàn)性,尤其是對(duì)船只的速度和加速度性能的挑戰(zhàn)。這也是使用結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行減重和提高性能對(duì)我們是如此關(guān)鍵的原因所在。

創(chuàng)造永遠(yuǎn)稀缺的使用空間是船舶設(shè)計(jì)的永恒挑戰(zhàn)。大部分設(shè)計(jì)工作集中在可配置空間——通過改變功能可以滿足不同的需求,如折疊床,睡椅和桌子的收放等。不同船舶的設(shè)計(jì)周期不同:對(duì)團(tuán)隊(duì)來說,依據(jù)具體尺寸,運(yùn)動(dòng)船只的設(shè)計(jì)大致需要8到10個(gè)月,運(yùn)動(dòng)游艇的設(shè)計(jì)大致需要10到12個(gè)月,快艇的設(shè)計(jì)大致需要12到18個(gè)月。尺寸范圍從18英尺時(shí)速50MPH的運(yùn)動(dòng)船只,到60英尺時(shí)速40MPH的游艇。

解決方案

圖1 快艇實(shí)物圖

圖2 快艇CAE分析

工程團(tuán)隊(duì)主要應(yīng)用HyperMesh和HyperView去創(chuàng)建和評(píng)估整個(gè)結(jié)構(gòu)模型。結(jié)構(gòu)小組和海洋工程小組也使用HyperGraph繪制速度、性能以及通過水上設(shè)備測(cè)試得來的加速度載荷。機(jī)械工程部門最近也開始利用MotionView進(jìn)行多體動(dòng)力學(xué)模擬。

Greco由于在汽車行業(yè)的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)HyperWorks很好的了解。他發(fā)現(xiàn)HyperMesh非常有用,尤其是它處理復(fù)合材料的方法。他說:“在使用Altair公司軟件的過程中,我發(fā)現(xiàn)那是最大的優(yōu)點(diǎn)之一,我們?cè)谶@里使用的關(guān)鍵材料是玻璃纖維復(fù)合復(fù)合材料,Altair提供了一個(gè)友好的用戶界面用于創(chuàng)建復(fù)合材料。這個(gè)是我在前后處理軟件中最為關(guān)注的特性之一。我建議Altair在該領(lǐng)域更加細(xì)化,HyperMesh已經(jīng)是使我們能夠創(chuàng)建材料和結(jié)構(gòu)模型的關(guān)鍵?！?

Sea Ray完全信賴用于OptiStruct進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。標(biāo)準(zhǔn)的Sea Ray模型分析中包括對(duì)簡(jiǎn)化模型的慣性釋放和振動(dòng)仿真。隨后,將發(fā)動(dòng)機(jī)、電池、發(fā)電機(jī)和其他非結(jié)構(gòu)組件利用質(zhì)量點(diǎn)代替添加到仿真模型中。

Greco說:“我們利用HyperWorks找出簡(jiǎn)化模型和經(jīng)過修飾的船舶的不同點(diǎn),就像我們?cè)谄囆袠I(yè)中所做的那樣。我們下一步將利用振動(dòng)輸入做頻率響應(yīng)分析,該輸入源于發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)等。接下來,我們查看在關(guān)鍵部件處的響應(yīng),如掌舵處、拱或掌舵處的座椅等位置的相應(yīng)。我們已經(jīng)在兩個(gè)船上做了這樣的分析,現(xiàn)在我們正在擬定可以使團(tuán)隊(duì)中每個(gè)人都能規(guī)范化操作的程序。”

“我們剛剛開始發(fā)現(xiàn)最重要的不是強(qiáng)度(設(shè)計(jì)船舶的傳統(tǒng)方法)而是對(duì)剛度進(jìn)行正確設(shè)計(jì)。而剛度設(shè)計(jì)只能通過建立整個(gè)船舶模型的分析包來完成?！?

結(jié)論

圖3 Sea Ray快艇

Sea Ray已經(jīng)使用HyperWorks很長時(shí)間了,建立了完整的系統(tǒng)模型庫,用于幫助縮短設(shè)計(jì)周期。該模型庫現(xiàn)在包括每一個(gè)Sea Ray制造的船舶的尺寸和結(jié)構(gòu)。它使得工程團(tuán)隊(duì)能夠通過對(duì)已有的FEA模型的修改更早地對(duì)新模型的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究,如移動(dòng)隔板、改變空間布置、移動(dòng)重量和質(zhì)量、以及通過分析查看對(duì)船體結(jié)構(gòu)的影響。

Greco的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在不斷拓展使用HyperWorks工具進(jìn)行建模和分析的能力。

Greco說:“我和Altair已經(jīng)有13年的工作關(guān)系了,我們非常高興通過購買Altair token系統(tǒng)獲得HyperWorks涵蓋的各種技術(shù)。它使得我們更容易去探索工程設(shè)計(jì)技術(shù),例如用于多體動(dòng)力學(xué)的MotionView,或用于結(jié)構(gòu)曲線繪制的HyperGraph?！?

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