cae技术在舰船辅机产品研发中的应用(造船协会)

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1、发挥CAE技术优势搞好舰船辅机研发中船重工704研究所焦侬赵中军1、船舶辅机的现状与未来发展船舶机械中，除主机及其系统外，可统称为船舶辅机，其种类繁多。主要包括甲板机械（舵机、锚机、吊机）、特种机械（输弹装置、减摇装置、调矩桨装置）、舱室机械（空气压缩机、泵、阀、海水淡化装置、制冷装置、辅锅炉、排污装置）、船用电站等。从80年代开始，通过引进制造许可证和硬件技术，国内船舶辅机的生产水平得到较大提高，出口船舶的配套设备国产化率超过80％，随着国际船舶市场油船、集装箱船、散货船三大主力船型的大型化及

2、技术升级，高技术化已成为未来船舶技术发展的主方向。由于引进技术消化吸收的不足，目前我们大部分辅机还处在仿制阶段，产品研发自主创新方兴未艾。为满足未来市场的要求，我们要瞄准世界先进水平，紧紧抓住重点产品、急需产品的关键技术和核心技术，梯度实施技术引进、合作生产、联合研发，最终实现自主设计开发。基于以上思考，通过对辅机产品技术共性的综合归纳和分析，我们总结出影响自主研发水平的几个关键技术课题。辅机机电液系统智能化控制在船舶辅机中大量使用电控液压技术来控制机械系统，电控、液压、机械各子系统之间均存在着

3、耦合影响。对于仿研产品，随着我们对电子器件、液压元器件的性能日益了解，系统整体性能分析和优化就变得尤为迫切。机构与结构设计优化机械产品性能的改善，无论是提高设备工作效能还是减轻设备重量都离不开对产品机构或结构工作原理的准确掌握，和在此基础上对设计不断改进与合理优化。减振降噪从改善舰船工作、生活环境到提高设备可靠性，满足船舶特殊要求等诸多方面，无论是柴电机组的双层隔振还是低噪声泵的使用，减振降噪都是一项重要课题，舰船上的振动和噪声既可能源于固体、也可能是液体，气体。由于设备与船体之间相互影响，寻求

4、减振降噪的有效途径一直是船舶辅机研发所关心的，也是复杂难以解决的问题。传统机械设计问题抗疲劳破坏、机械密封防泄漏、防腐蚀、设备内部气液流道合理布置等等问题都是自有机械设备以来一直存在的传统问题。随着新技术的不断出现，对产品性能要求的不断提高，这些传统问题有时也会成为了产品设计的瓶颈。随着对船舶辅机新产品的需求的提高，能否在最短时间里有效解决以上问题就显得尤为重要，而大力使用CAE技术，附以一定规模的样机试验是一个比较好的解决办法。2、CAE技术的现状及发展趋势一般的，CAE是指工程设计中的分析计

5、算与分析仿真，具体包括工程数值分析、结构与系统过程优化设计、强度与寿命评估、运动/动力学仿真。具体的含义表现为以下几个方面：1．用工程数值分析中的有限元等技术分析计算产品结构的应力、变形、流变、电磁等各类物理场量，给出整个物理场量在空间与时间上的分布，实现结构的从线性、静力计算分析到非线性、动力的计算分析。2．运用系统优化设计的方法在满足工艺、设计的约束条件下，对产品的结构、系统和子系统工艺参数、结构形状参数进行优化设计，使产品和系统结构性能、工艺过程达到最优。3．运用结构强度与寿命评估的理论、

6、方法、规范，对结构的安全性、可靠性以及使用寿命做出评价与估计。4．运用运动/动力学的理论、方法，对由CAD实体造型设计出动的机构、整机进行运动/动力学仿真。CAE概念则是发展的,涵盖范围广,比较灵活。当前,随着有限元技术和3DCAD技术的成熟以及神经网络、遗传算法等智能算法的引入,基于3D模型，强调智能化，秉承Upfront理念的CAD/CAE一体化的软件（如I-deas/FEA,cosmos，3D）和CAD/CFD一体化的软件（如CFDesign）极大地提高了CAE的应用普及率。同时CAE已由

7、数值计算发展到多学科目标优化(MDO)仿真,并向CAD/CAM/CAT全面融合的数字样机方向拓展。这样，计算机辅助工程分析不仅服务于详细设计,而且还支持了总体方案设计。这为我们解决船舶辅机关键技术课题提供了基础和保证。3、CAE技术在船舶辅机研发中的应用船舶辅机作为传统行业，CAE技术在其设计制造上的应用起步很早，且显现出一定的效果。作为五十年来一直从事舰船特种机电设备的研究、总成和服务的科研单位，704所从九十年代中期就投入人力和财力，利用商业CAE软件用来解决具体产品的技术难题，先后为新型减

8、摇鳍、低噪声泵、大马力弹性离合器、船用电站、输送转运装置等辅机新产品的提供了设计依据与保障。同时随着工作开展，我们对CAE技术的认识也在不断深入。从国内CAE应用普及过程看，商业软件在企业中应用显现出较为明显的时间层次，首先是3DCAD的普及，随后是部件级CAE力学、动力学计算，机构刚体动力学计算，然后，为解决热流问题，给结构分析提供边界条件，开始了CFD软件的应用，在此基础上，系统优化，多学科优化也逐渐显现出需求。我们认为，704所专业众多、产品种类杂，面对着飞速发展的CAE技术，如果没有一个