HyperWorks在高性能游艇开发上的工程应用

项目介绍

全球最大游艇制造商Brunswick船舶集团旗下的领先的高端游艇制造商Sea Ray船舶公司的产品开发和工程部门位于佛罗里达空间海岸附近的可可海滩和卡纳维拉尔角的梅利特岛。梅里特岛的工程技术团队为完成Sea Ray高端游艇的建模和分析兢兢业业地工作着。他们只使用Altair HyperWorks作为CAE工具。“我们的一个姊妹公司也使用Altair的软件，Sea Ray起初使用HyperWorks建立子系统模型，现在已经拓展到全船模型。” Sea Ray公司的Giovanni Greco这样说，他是包含CAE团队在内75名员工的整个工程部门的主管。从两年前Greco加入公司到现在，已经有7名工程师在使用HyperWorks，团队对HyperWorks有了更广泛的理解和更全面的应用，HyperWorks被用于创建整个船舶的完整CAE模型和检查各种工况下的设计。
挑战

和很多其他奢侈品市场一样，游艇市场也亟待改变和创新。Sea Ray通过不断推出新产品来实现创新，每年推出8到12款新设计方案或改型方案。在任何时候，工程团队都在同时处理从造型部门拿到的6到7个设计方案，该部门是船舶业最大的造型部门之一。项目一开始，设计部门同结构工程师和造船工程师就在一个工程组内协同工作。当模型成形后，其他部门如电子、机械、发动机等部门的工程师会越来越多地参与进来。Greco说：“Sea Ray游艇的关键设计元素包括亮丽的外形、可重构的空间和高性能要求。Sea Ray以高性能运动船只、游艇和快艇闻名于世。因为我们很多客户想让他们的船有更高的配置，包括电视、娱乐系统以及像在掌舵处的实时GPS等高科技配件。这些东西大部分都很重，而且难于安装。要使这些船舶性能优异极具挑战性，尤其是对船只的速度和加速度性能的挑战。这也是使用结构分析进行减重和提高性能对我们是如此关键的原因所在。创造永远稀缺的使用空间是船舶设计的永恒挑战。大部分设计工作集中在可配置空间——通过改变功能可以满足不同的需求，如折叠床，睡椅和桌子的收放等。不同船舶的设计周期不同：对团队来说，依据具体尺寸，运动船只的设计大致需要8到10个月，运动游艇的设计大致需要10到12个月，快艇的设计大致需要12到18个月。尺寸范围从18英尺时速50MPH的运动船只，到60英尺时速40MPH的游艇。

解决方案

工程团队主要应用HyperMesh和HyperView去创建和评估整个结构模型。结构小组和海洋工程小组也使用HyperGraph绘制速度、性能以及通过水上设备测试得来的加速度载荷。机械工程部门最近也开始利用MotionView进行多体动力学模拟。

Greco由于在汽车行业的工作经验对HyperWorks很好的了解。他发现HyperMesh非常有用，尤其是它处理复合材料的方法。他说：“在使用Altair公司软件的过程中，我发现那是最大的优点之一，我们在这里使用的关键材料是玻璃纤维复合复合材料，Altair提供了一个友好的用户界面用于创建复合材料。这个是我在前后处理软件中最为关注的特性之一。我建议Altair在该领域更加细化，HyperMesh已经是使我们能够创建材料和结构模型的关键。”

Sea Ray完全信赖用于OptiStruct进行结构分析。标准的Sea Ray模型分析中包括对简化模型的惯性释放和振动仿真。随后，将发动机、电池、发电机和其他非结构组件利用质量点代替添加到仿真模型中。

Greco说：“我们利用HyperWorks找出简化模型和经过修饰的船舶的不同点，就像我们在汽车行业中所做的那样。我们下一步将利用振动输入做频率响应分析，该输入源于发动机或发电机等。接下来，我们查看在关键部件处的响应，如掌舵处、拱或掌舵处的座椅等位置的相应。我们已经在两个船上做了这样的分析，现在我们正在拟定可以使团队中每个人都能规范化操作的程序。”

“我们刚刚开始发现最重要的不是强度（设计船舶的传统方法）而是对刚度进行正确设计。而刚度设计只能通过建立整个船舶模型的分析包来完成。”

结论

Sea Ray已经使用HyperWorks很长时间了，建立了完整的系统模型库，用于帮助缩短设计周期。该模型库现在包括每一个Sea Ray制造的船舶的尺寸和结构。它使得工程团队能够通过对已有的FEA模型的修改更早地对新模型的设计进行研究，如移动隔板、改变空间布置、移动重量和质量、以及通过分析查看对船体结构的影响。

Greco的团队现在正在不断拓展使用HyperWorks工具进行建模和分析的能力。

关于Altair

Altair专注于仿真技术的开发和推广应用，通过综合和优化设计、流程及决策来改进业务性能。Altair目前为私人所有，在全球拥有2300多位员工，总部位于美国密歇根州TROY, 并在全球23个国家设立45个分支机构。今天，Altair已经为5000多家覆盖广泛行业的公司用户提供产品与服务。了解更多信息，请访问www.altair.com.cn