海事、造船和近海產業的工程師需要面對物理空間受限、極端氣候條件、深水和遠端位置等各種設計挑戰。這些約束條件讓工程師的工作環境變得非常極端，使他們很難開發出有效、可靠和安全的作業平臺。而使用模擬技術能提高設計效率並減少實際測試成本，因此它始終是應對海運業工程設計挑戰的最佳方法之一。
專案背景
修改船舶舵機的設計方案後，需要在安裝前對船舵組件在經受近距離爆炸事件時的衝擊載荷抵禦能力進行評估。
為解決這一問題，Assystem採用彈塑性材料模型進行了顯式動力學分析。在此過程中，Assystem利用Altair的高性能有限元前處理軟體HyperMesh生成網格，隨後在先進的結構求解器RADIOSS中進行分析，並通過後處理工具 HyperView核查得出的結果。他們對多種載荷情況進行模擬測試並得出結果，以確保找出制約抗衝擊性的因素。
David Hunt
首席應力工程師
Assystem
“借助Altair HyperWorks模擬套件，Assystem成功確定了船舵遭受近距離爆炸時的抗衝擊性能。在此基礎上，我們很快找出了設計方面的問題，並加以解決和優化。”
Assystem將測試案例與憑經驗得出的解決方案的比較結合起來，通過查看內置品質核查以及監測輸出對模型進行校驗。除強度校核外，Assystem還評估了截面受力和密封位移情況。基於這些分析結果，設計方案得到了大幅度優化。
解決方案
在成功構建出舵機及其附近船體結構的有限元模型後，研究人員向模型施加了與爆炸事件所產生衝擊載荷強度相同的載荷，並對模型的抗衝擊情況進行了檢查和評估。
此外，他們還對船舵元件及其附近的一部分船體結構施加了壓力和速度隨時間變化的脈衝波。隨著對塑性應變、密封偏差和截面受力情況的監測，相應結構得到確定。他們分別考慮了多種情況，每種情況下都會向三個主軸同時施加載荷。
圖1：帶有舵機、致動器和聯杆的船尾
此分析過程通過RADIOSS完成。RADIOSS是一款功能強大的設計工具，被廣泛應用於全球各個行業，能有效提高結構設計的抗衝擊性、安全性和工藝性。
對舵機盒進行模擬時採用了彈塑性材料模型，以便形成永久塑性形變，利於捕獲資料。設計人員借此定義了接觸區域，其中包括接合區域和附近表面的摩擦接觸點。
外殼的外切割邊緣上應用了施加的速度曲線。此外，他們還對外表面施加了壓力脈衝。分析過程中，載荷從不同方向造成衝擊，以確保找出制約抗衝擊性的因素。
圖2：船舵組件
對分析結果的校驗按照以下步驟進行：
🔷通過比對經驗公式，檢驗所選單元技術的可行性。
🔷執行模態分析後將結果與經驗公式進行比對。
🔷對彎曲和局部應變集中局域進行網格優化。
🔷檢查單元品質。
🔷檢查品質和反應性。
🔷核查是否存在單元沙漏能和品質縮放誤差。
圖3：垂直位移等值線圖
分析校驗過程由具有高達48和64並行核心的電腦集群完成。此外，還使用了雙精度求解器並啟用RADIOSS進行並行處理，以確保為並行求解所選的域的數量和位置不會影響最終解決方案。
評估時計算了以下分析輸出：
🔷塑形應變
🔷截面力
🔷密封移動量
🔷致動器驅動力
🔷速度回應
結論
分析模型的相關驗證核查完成。基於分析結果，設計方案得到了改良。
在舵承的最初設計方案中，由於舵杆和舵承之間存在作用力，產生的彎曲力矩使下側支架非常容易發生形變。因此Assystem通過將舵承支架連接至密封架來強化其抗彎強度。肩部的剖面幾何特性也因此得到了優化。
客戶介紹
Assystem擁有50年的行業經驗，是全球最大產業集群的關鍵合作夥伴之一。該產業集群包括：空客、阿海琺、阿爾斯通、EDF、EADS、通用電氣、賓士、標緻、雷諾、勞斯萊斯、賽峰集團和泰雷茲等。
Assystem工程設計團隊的宗旨是：設計和開發滿足未來需求的產品和服務、打造優質產品並確保其在整個生命週期內得到最優使用，以及協調和完成項目與基礎設施的實施。秉承上述宗旨，Assystem工程設計團隊取得了輝煌成績，深得客戶信任。
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