HyperWorks在高性能游艇開發上的工程應用

2016-10-05 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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項目介紹

全球最大游艇制造商Brunswick船舶集團旗下的領先的高端游艇制造商Sea Ray船舶公司的產品開發和工程部門位于佛羅里達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團隊為完成Sea Ray高端游艇的建模和分析兢兢業業地工作著。他們只使用Altair HyperWorks作為CAE工具。

“我們的一個姊妹公司也使用Altair的軟件,Sea Ray起初使用HyperWorks建立子系統模型,現在已經拓展到全船模型。”Sea Ray公司的Giovanni Greco這樣說,他是包含CAE團隊在內75名員工的整個工程部門的主管。

從兩年前Greco加入公司到現在,已經有7名工程師在使用HyperWorks,團隊對HyperWorks有了更廣泛的理解和更全面的應用,HyperWorks被用于創建整個船舶的完整CAE模型和檢查各種工況下的設計。

挑戰

和很多其他奢侈品市場一樣,游艇市場也亟待改變和創新。Sea Ray通過不斷推出新產品來實現創新,每年推出8到12款新設計方案或改型方案。在任何時候,工程團隊都在同時處理從造型部門拿到的6到7個設計方案,該部門是船舶業最大的造型部門之一。項目一開始,設計部門同結構工程師和造船工程師就在一個工程組內協同工作。當模型成形后,其他部門如電子、機械、發動機等部門的工程師會越來越多地參與進來。Greco說:“Sea Ray游艇的關鍵設計元素包括亮麗的外形、可重構的空間和高性能要求。Sea Ray以高性能運動船只、游艇和快艇聞名于世。因為我們很多客戶想讓他們的船有更高的配置,包括電視、娛樂系統以及像在掌舵處的實時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異極具挑戰性,尤其是對船只的速度和加速度性能的挑戰。這也是使用結構分析進行減重和提高性能對我們是如此關鍵的原因所在。

創造永遠稀缺的使用空間是船舶設計的永恒挑戰。大部分設計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。不同船舶的設計周期不同:對團隊來說,依據具體尺寸,運動船只的設計大致需要8到10個月,運動游艇的設計大致需要10到12個月,快艇的設計大致需要12到18個月。尺寸范圍從18英尺時速50MPH的運動船只,到60英尺時速40MPH的游艇。

解決方案

圖1 快艇實物圖

圖2 快艇CAE分析

工程團隊主要應用HyperMesh和HyperView去創建和評估整個結構模型。結構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備測試得來的加速度載荷。機械工程部門最近也開始利用MotionView進行多體動力學模擬。

Greco由于在汽車行業的工作經驗對HyperWorks很好的了解。他發現HyperMesh非常有用,尤其是它處理復合材料的方法。他說:“在使用Altair公司軟件的過程中,我發現那是最大的優點之一,我們在這里使用的關鍵材料是玻璃纖維復合復合材料,Altair提供了一個友好的用戶界面用于創建復合材料。這個是我在前后處理軟件中最為關注的特性之一。我建議Altair在該領域更加細化,HyperMesh已經是使我們能夠創建材料和結構模型的關鍵。”

Sea Ray完全信賴用于OptiStruct進行結構分析。標準的Sea Ray模型分析中包括對簡化模型的慣性釋放和振動仿真。隨后,將發動機、電池、發電機和其他非結構組件利用質量點代替添加到仿真模型中。

Greco說:“我們利用HyperWorks找出簡化模型和經過修飾的船舶的不同點,就像我們在汽車行業中所做的那樣。我們下一步將利用振動輸入做頻率響應分析,該輸入源于發動機或發電機等。接下來,我們查看在關鍵部件處的響應,如掌舵處、拱或掌舵處的座椅等位置的相應。我們已經在兩個船上做了這樣的分析,現在我們正在擬定可以使團隊中每個人都能規范化操作的程序。”

“我們剛剛開始發現最重要的不是強度(設計船舶的傳統方法)而是對剛度進行正確設計。而剛度設計只能通過建立整個船舶模型的分析包來完成。”

結論

圖3 Sea Ray快艇

Sea Ray已經使用HyperWorks很長時間了,建立了完整的系統模型庫,用于幫助縮短設計周期。該模型庫現在包括每一個Sea Ray制造的船舶的尺寸和結構。它使得工程團隊能夠通過對已有的FEA模型的修改更早地對新模型的設計進行研究,如移動隔板、改變空間布置、移動重量和質量、以及通過分析查看對船體結構的影響。

Greco的團隊現在正在不斷拓展使用HyperWorks工具進行建模和分析的能力。

Greco說:“我和Altair已經有13年的工作關系了,我們非常高興通過購買Altair token系統獲得HyperWorks涵蓋的各種技術。它使得我們更容易去探索工程設計技術,例如用于多體動力學的MotionView,或用于結構曲線繪制的HyperGraph。”

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