CAE在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及展望

CAE在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及展望吳廣明(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七零一研究所上海分部201102)摘要本文在概述船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及CAE發(fā)展現(xiàn)狀后，介紹了目前CAE在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的主要學(xué)科領(lǐng)域——強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、振動(dòng)、沖擊和噪聲中的應(yīng)用情況，分析了船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)CAE技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)，并對(duì)未來(lái)CAE技術(shù)在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞CAE、船舶結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)計(jì)算一概述船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在滿足船舶功能及總體性能要求的前提下，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使船舶在壽命期間強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等均能滿足使用的要求。船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容決定了其設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)的繁重。隨著世界船舶市場(chǎng)對(duì)高技術(shù)含量、高附加值船舶需求的加大，各國(guó)船舶業(yè)間的能力競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈?，F(xiàn)代造船技術(shù)正朝著高度機(jī)械化、自動(dòng)化、集成化、模塊化、計(jì)算機(jī)化方向發(fā)展。為了縮短船舶產(chǎn)品研制開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用，提高船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算效率已提上日程。技術(shù)的推動(dòng)和需求的牽引使計(jì)算數(shù)值仿真技術(shù)得以迅速發(fā)展，在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，以有限元為核心的CAE（ComputerAidEngineering）技術(shù)——計(jì)算輔助工程技術(shù)，越來(lái)越受到重視，各種各樣的仿真方法和仿真工具正逐步得到應(yīng)用。CAE技術(shù)已成為船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可或缺的有力工具，是解決大量工程優(yōu)化問(wèn)題的基礎(chǔ)。為適應(yīng)船舶工業(yè)的迅速發(fā)展，解決實(shí)際工程問(wèn)題，迫切需要開(kāi)展CAE在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及開(kāi)發(fā)。二船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及CAE發(fā)展的現(xiàn)狀船舶經(jīng)常運(yùn)營(yíng)于高速、強(qiáng)水流、強(qiáng)氣流等環(huán)境條件下，船舶設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不僅要考慮船舶總縱強(qiáng)度、局部強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還需要考慮振動(dòng)、沖擊、噪聲等。由此可見(jiàn)，船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一門技術(shù)含量高、設(shè)計(jì)難度大的學(xué)科領(lǐng)域。船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的困難的另一個(gè)重要方面是由于船舶體積龐大，在很多場(chǎng)合下無(wú)法象汽車、飛機(jī)等一樣做整體試驗(yàn)。傳統(tǒng)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是通過(guò)母型船改進(jìn)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)開(kāi)展簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的定性分析計(jì)算完成，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算和分析包含大量的經(jīng)驗(yàn)成分。船舶結(jié)構(gòu)試驗(yàn)開(kāi)展的困難，加大了船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)值仿真技術(shù)的依賴性，CAE技術(shù)成為船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要工具。CAE從字面上講是計(jì)算機(jī)輔助工程，其概念很廣，可以包括工程和制造業(yè)信息化的所有方面。但傳統(tǒng)的CAE主要是指工程設(shè)計(jì)中的分析計(jì)算和分析仿真，其核心是基于現(xiàn)代計(jì)算力學(xué)的有限單元分析技術(shù)。CAE起始于20世紀(jì)50年代中期，而真正的CAE軟件誕生于70年代初期，到80年代中期，逐步形成了商品化的通用和專用CAE軟件。近40年來(lái)，CAE技術(shù)結(jié)合迅速發(fā)展中的計(jì)算力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、相關(guān)的工程科學(xué)、工程管理學(xué)與現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)，從低效檢驗(yàn)到高效仿真，從線性靜力求解到非線性、動(dòng)力仿真分析、多物理場(chǎng)耦合，取得了巨大的發(fā)展與成就。在日趨全球化的市場(chǎng)氛圍中，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)將表現(xiàn)為產(chǎn)品性能和制造成本的競(jìng)爭(zhēng)。而CAE在產(chǎn)品研發(fā)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)中所顯示出的無(wú)與倫比的優(yōu)越性，使其成為現(xiàn)代化工業(yè)企業(yè)在日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取勝的重要條件。利用CAE軟件，可以對(duì)工程和產(chǎn)品進(jìn)行性能與安全可靠性分析，并對(duì)其未來(lái)的工作狀態(tài)和運(yùn)行行為進(jìn)行虛擬運(yùn)行模擬，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)；在實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的同時(shí)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低研究開(kāi)發(fā)成本，縮短研究開(kāi)發(fā)周期。CAE與CAD／CAM等軟件一起，已經(jīng)成為支持工程行業(yè)和制造企業(yè)信息化的主要信息技術(shù)之一REF_Ref145084169\r\h[1]。CAE軟件技術(shù)的發(fā)展，促使CAE在各行各業(yè)得到了極為廣泛的應(yīng)用。目前，CAE軟件已在國(guó)外廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、機(jī)械制造、汽車交通、電子、土木工程、生物醫(yī)學(xué)、輕工、日用家電等工業(yè)和科學(xué)研究領(lǐng)域。CAE在船舶行業(yè)也正迅速發(fā)展，目前各大艦船科研院所均引進(jìn)CAE軟件開(kāi)展日常設(shè)計(jì)研究工作、各大船級(jí)社均采用CAE有限元軟件進(jìn)行自行規(guī)范計(jì)算的設(shè)計(jì)與研究。三CAE技術(shù)在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用目前CAE技術(shù)在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已使用非常廣泛，已滲透到船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中的每一個(gè)領(lǐng)域，下面分別介紹CAE在船舶結(jié)構(gòu)各計(jì)算領(lǐng)域中的應(yīng)用。3.1強(qiáng)度強(qiáng)度是船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要考慮的問(wèn)題。船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算主要包含全船總縱強(qiáng)度計(jì)算和局部強(qiáng)度計(jì)算。總縱強(qiáng)度是校核船體的縱彎曲計(jì)算波浪條件下船體各橫剖面內(nèi)縱向結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力,并將它與許用應(yīng)力進(jìn)行比較以判定船體的強(qiáng)度。傳統(tǒng)的船舶總縱強(qiáng)度計(jì)算常常僅對(duì)典型橫剖面進(jìn)行計(jì)算,通常需要進(jìn)行多次近似計(jì)算才可以得到最終結(jié)果,而采用全船有限元建模的方式,船舶總縱強(qiáng)度的計(jì)算變得較為容易。圖1是某船在六級(jí)海況總縱強(qiáng)度中垂?fàn)顟B(tài)計(jì)算結(jié)果。文獻(xiàn)REF_Ref145067298\r\h[2]也用整船有限元模型分析方法計(jì)算船舶的總縱強(qiáng)度進(jìn)行了研究。在全船有限元模型CAE計(jì)算下，全船的每一個(gè)模剖面任意構(gòu)件的應(yīng)力情況都可以在計(jì)算結(jié)果中反映。目前由于全船總縱強(qiáng)度有限元計(jì)算需要耗費(fèi)大量機(jī)時(shí)進(jìn)行三維模型的建立,要開(kāi)展全船總縱強(qiáng)度CAE計(jì)算需要較長(zhǎng)周期，但如果全船三維CAD模型已經(jīng)存在,船舶CAE計(jì)算將變得十分方便。船體結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度計(jì)算主要包括對(duì)底部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算、舷部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算、球鼻首結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算、甲板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算、艙壁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算、主要設(shè)備基座強(qiáng)度計(jì)算等。傳統(tǒng)計(jì)算方法對(duì)船舶局部結(jié)構(gòu)的計(jì)算通常建立在簡(jiǎn)化的梁系結(jié)構(gòu)和板架結(jié)構(gòu)來(lái)計(jì)算，計(jì)算模型也通常是平面模型，空間復(fù)雜結(jié)構(gòu)常常無(wú)法完成計(jì)算。而運(yùn)用CAE技術(shù)任意復(fù)雜的船舶局部結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度問(wèn)題都能迎刃而解，并且計(jì)算結(jié)果非常詳實(shí)。圖2為船舶底部結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度有限元計(jì)算結(jié)果。圖1全船總縱強(qiáng)度計(jì)算圖2底部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元計(jì)算運(yùn)用CAE技術(shù)進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算目前應(yīng)用非常廣泛，CAE已成為實(shí)際船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算的不可缺少的工具。3.2剛度在船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足的條件下,船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要指標(biāo)就是剛度，即在預(yù)定的載荷下船舶結(jié)構(gòu)的變形必須在許用的范圍內(nèi)。如規(guī)范規(guī)定全船在波浪下的靜變形不大于船長(zhǎng)的五百分之一。圖3是對(duì)典型船舶雙臂尾軸架結(jié)構(gòu)剛度CAE計(jì)算結(jié)果。利用先進(jìn)CAE計(jì)算軟件,可以真實(shí)的反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載情況,能考慮傳統(tǒng)方法不能計(jì)算的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的變形問(wèn)題,而且結(jié)果更準(zhǔn)確可靠。圖3雙臂尾軸架結(jié)構(gòu)剛度計(jì)算圖4甲板板架板架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算3.3穩(wěn)定性船舶結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析，即船舶結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)計(jì)算,屬于船舶結(jié)構(gòu)計(jì)算的重要組成部分。船舶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算常常包括對(duì)支柱結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)歐拉力的校核計(jì)算、甲板縱骨帶板結(jié)構(gòu)失穩(wěn)歐拉應(yīng)力計(jì)算和甲板板架、底部板架結(jié)構(gòu)失穩(wěn)計(jì)算。圖4是對(duì)典型甲板架板架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果。傳統(tǒng)計(jì)算方法對(duì)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)計(jì)算通常僅能對(duì)支柱、簡(jiǎn)單板架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。運(yùn)用CAE方法可以快捷的計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)問(wèn)題。3.4振動(dòng)船舶結(jié)構(gòu)的振動(dòng)計(jì)算對(duì)于船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分重要。規(guī)范要求，船舶總振動(dòng)固有頻率應(yīng)避開(kāi)主機(jī)頻率、軸頻、螺旋漿葉頻等,尾部板及板架結(jié)構(gòu)振動(dòng)固有頻率要避開(kāi)螺旋漿激勵(lì)頻率；機(jī)艙區(qū)板及板架要避開(kāi)主機(jī)頻率。圖5某艦總振動(dòng)計(jì)算圖6船舶尾部振動(dòng)計(jì)算船舶結(jié)構(gòu)總振動(dòng)傳統(tǒng)計(jì)算方法是將全船簡(jiǎn)化為二十站變截面的空心梁，然后用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得附連水質(zhì)量附加到總船質(zhì)量上進(jìn)行振動(dòng)計(jì)算。這樣計(jì)算方法能在相當(dāng)簡(jiǎn)化的程度上得出計(jì)算結(jié)果，但會(huì)把實(shí)船會(huì)遇到的橫向總振動(dòng)、擴(kuò)張收縮等的振動(dòng)形態(tài)給忽略掉。全船CAE振動(dòng)計(jì)算能精確的建立全船有限元模型，并根據(jù)船體外板的空間形狀考慮水對(duì)總振動(dòng)的影響，而不必用人工經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的方式加附連水質(zhì)量。全船CAE計(jì)算的結(jié)果可以全面的仿真全船在水中振動(dòng)的情況。圖5為某船總振動(dòng)模態(tài)REF_Ref145065563\r\h[3]。船舶尾部結(jié)構(gòu)振動(dòng)是船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)的一個(gè)難題，該問(wèn)題不但涉及到船舶結(jié)構(gòu)本身的固有頻率，還涉及到船體結(jié)構(gòu)與周圍流場(chǎng)的流固耦合振動(dòng)，要詳細(xì)研究船舶尾部結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題，傳統(tǒng)方法僅能做定性分析，CAE技術(shù)為其提供技術(shù)解決方案。圖8為某船尾部振動(dòng)計(jì)算結(jié)果。文獻(xiàn)REF_Ref145085845\r\h[4]也利用SESAM有限元程序船舶尾部振動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)預(yù)報(bào)。尾軸架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)問(wèn)題也是船舶局部振動(dòng)經(jīng)常要面對(duì)的問(wèn)題，傳統(tǒng)計(jì)算方法也只能對(duì)其做相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化求出近似的結(jié)果。文獻(xiàn)REF_Ref145068241\r\h[5]運(yùn)用有限元法建立尾軸架結(jié)構(gòu)的真實(shí)實(shí)體模型,并進(jìn)行了詳細(xì)的干濕模態(tài)計(jì)算。3.5沖擊船舶抗沖擊性是目前越來(lái)越受相關(guān)專業(yè)人員重視的學(xué)科領(lǐng)域，對(duì)于軍艦來(lái)說(shuō)尤為重要，因?yàn)榕灤Y(jié)構(gòu)抗沖擊性是艦船生命力的重要保障。設(shè)計(jì)軍艦結(jié)構(gòu)時(shí)，艦船結(jié)構(gòu)不但要經(jīng)受強(qiáng)大的風(fēng)浪載荷，還需要考慮艦船結(jié)構(gòu)承受炸藥爆炸的沖擊載荷。該領(lǐng)域分兩大類研究范疇：艦船結(jié)構(gòu)抗水下非接觸爆炸計(jì)算研究和艦船結(jié)構(gòu)抵御接觸爆炸穿甲研究，統(tǒng)稱艦船結(jié)構(gòu)抗沖擊研究。艦船抗沖擊性在傳統(tǒng)方法中無(wú)法計(jì)算。近些年來(lái),隨著計(jì)算硬件的發(fā)展及CAE技術(shù)的發(fā)展，從船局部結(jié)構(gòu)到整艦的CAE抗沖擊評(píng)估計(jì)算逐步可以在微機(jī)上開(kāi)展。文獻(xiàn)REF_Ref145067719\r\h[6]運(yùn)用MSC.DYTRAN對(duì)加筋板架爆炸載荷下動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值分析，文獻(xiàn)REF_Ref145067724\r\h[7]對(duì)某型水面艦船全船結(jié)構(gòu)在水下爆炸沖擊波載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了MSC.DYTRAN數(shù)值模擬。圖7為某艦整艦水下爆炸沖擊計(jì)算有限元模型。圖8為某柴油機(jī)基座抗沖擊計(jì)算結(jié)果。圖7整艦水下爆炸沖擊計(jì)算圖8某柴油機(jī)基座抗沖擊性計(jì)算整艦結(jié)構(gòu)抗沖擊CAE計(jì)算規(guī)模一般較大，有限元模型的網(wǎng)格質(zhì)量、單元選擇、材料選擇、外載荷的施加方法及計(jì)算算法的選擇對(duì)計(jì)算結(jié)果有重要影響。整艦CAE計(jì)算仍是技術(shù)含量很高的領(lǐng)域，亟需投入大量力量去研究和開(kāi)發(fā)。3.6噪聲艦船結(jié)構(gòu)的噪聲主要包含艦船艙室內(nèi)噪聲研究和艦船結(jié)構(gòu)水下噪聲研究。船舶噪聲的治理一直以來(lái)和艦船結(jié)構(gòu)振動(dòng)密不可分，但又與船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)很不相同。船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)常常只需要解決低頻問(wèn)題，而船舶結(jié)構(gòu)噪聲問(wèn)題常常頻段范圍很寬，從幾赫茲到幾十萬(wàn)赫茲。CAE技術(shù)中的有限元法顯得力不從心，因?yàn)槁晫W(xué)問(wèn)題如果要用有限元的方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算，隨著頻率的加大，網(wǎng)格的密度要非常之大，就算是簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)其計(jì)算模型也非常巨大，以致于現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)無(wú)法完成計(jì)算。故在噪聲領(lǐng)域有限元法常用于低頻、中低頻的計(jì)算，中高頻以上問(wèn)題需要采用其它CAE技術(shù)，包括統(tǒng)計(jì)能量法、邊界元技術(shù)、無(wú)限元技術(shù)等。圖9為運(yùn)用AUTOSEA軟件，對(duì)簡(jiǎn)化的全艦船結(jié)構(gòu)進(jìn)行聲幅射計(jì)算的例子。圖9全艦聲幅射計(jì)算四船舶結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)CAE技術(shù)正應(yīng)用到船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)算的每一個(gè)領(lǐng)域。CAE在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1.可視性采用CAE進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)計(jì)算，可以從圖像上看到分析結(jié)構(gòu)的大小、材料、邊界條件、載荷條件等，大多數(shù)CAE軟件均提供了良好的人機(jī)交互環(huán)境。2.真實(shí)性運(yùn)用CAE技術(shù)對(duì)船舶結(jié)構(gòu)建模能反映船舶結(jié)構(gòu)的真實(shí)幾何情況。無(wú)論是板架結(jié)構(gòu)還是實(shí)體結(jié)構(gòu)，無(wú)論是簡(jiǎn)單平面結(jié)構(gòu)還是復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，CAE的建模功能都能根據(jù)問(wèn)題的需要，作適當(dāng)簡(jiǎn)化，建模反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況，為精確計(jì)算打下基礎(chǔ)。3.詳實(shí)性運(yùn)用CAE工具進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)計(jì)算，可以根據(jù)模型參數(shù)情況、加載的條件及計(jì)算參數(shù)的設(shè)定，詳實(shí)求得計(jì)算結(jié)果。根據(jù)設(shè)計(jì)人員的需要求得任意部位需要的計(jì)算結(jié)果，可根據(jù)設(shè)計(jì)人員提供參數(shù)的準(zhǔn)確程度,詳實(shí)反映結(jié)構(gòu)物理情況。4.強(qiáng)數(shù)值運(yùn)算能力目前通用的CAE軟件，都采用多種高效的數(shù)值計(jì)算方法，大量線性、非線性問(wèn)題均有解決方案。不同CAE軟件常常是功能側(cè)重點(diǎn)不一樣,如MSC.NASTRAN和ANSYS在有限元線性力學(xué)領(lǐng)域十分成熟；ABAQUS軟件則在有限元非線性接觸、摩擦領(lǐng)域有特長(zhǎng)；ANSYS-LSDYNA、MSC.DYTRAN由于采用顯示動(dòng)力學(xué)算法，強(qiáng)于沖擊穿甲相關(guān)計(jì)算；SYSNOISE則是聲-振分析專業(yè)工程軟件，它擁有聲場(chǎng)有限元、無(wú)限元、直接/間接邊界元法等多種聲學(xué)解決方案；AUTOSEA軟件是基于統(tǒng)計(jì)能量分析方法的結(jié)構(gòu)振動(dòng)、聲學(xué)設(shè)計(jì)工具；HYPERMESH強(qiáng)于網(wǎng)格劃分，并是目前很適合于做結(jié)構(gòu)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)的軟件。盡管運(yùn)用CAE技術(shù)開(kāi)展船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算有上述優(yōu)點(diǎn),但目前仍有以下問(wèn)題:1.如何快速建模是船舶結(jié)構(gòu)CAE設(shè)計(jì)的一個(gè)重要任務(wù)。由于船舶行業(yè)自身特點(diǎn),船舶結(jié)構(gòu)二維CAD設(shè)計(jì)在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)內(nèi)還將存在,并在工程中發(fā)揮重要作用。目前從二維CAD圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到三維CAE模型的生成,需要花費(fèi)大量時(shí)間。2.CAE目前使用難度仍然較大。由于有大量CAE軟件的存在，并且各CAE軟件均有很強(qiáng)的專業(yè)背景，要想使用好特定的CAE軟件，設(shè)計(jì)使用人員必須具備相當(dāng)?shù)南嚓P(guān)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)。CAE軟件目前仍停留在少數(shù)專業(yè)人員的使用范疇內(nèi)。3.修改設(shè)計(jì)CAE計(jì)算工作量較大。由于CAE的計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，做一次設(shè)計(jì)修改相當(dāng)于重新開(kāi)始做一次CAE計(jì)算。很多情況下網(wǎng)格劃分、邊界條件的定義等都要重新進(jìn)行。對(duì)于一個(gè)小規(guī)模問(wèn)題，重新計(jì)算工作量增加不明顯，如果對(duì)一個(gè)大規(guī)模計(jì)算，則需要耗費(fèi)大量機(jī)時(shí)。4.目前船舶結(jié)構(gòu)CAE計(jì)算尚不存在質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。雖然CAE在船舶行業(yè)的應(yīng)用已有很長(zhǎng)時(shí)間，并且大量任務(wù)已采用CAE分析計(jì)算，但CAE建模的簡(jiǎn)化程度、網(wǎng)格的質(zhì)量、邊界條件的設(shè)定、外載荷加載方式都和具體分析計(jì)算的人員的經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系，其計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確程度也很不一樣。常常出現(xiàn)不同人員對(duì)同一問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算而得到不同結(jié)果的現(xiàn)象。五總結(jié)及展望隨著船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的深入開(kāi)展船舶強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、振動(dòng)、沖擊和噪聲各領(lǐng)域的CAE應(yīng)用將越來(lái)越廣泛和深入。CAE不僅可以解決船舶結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)經(jīng)典力學(xué)問(wèn)題，新興的學(xué)科領(lǐng)域如爆炸沖擊領(lǐng)域問(wèn)題也有解決方案；CAE不僅在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算上發(fā)揮巨大作用,在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新,新材料、新結(jié)構(gòu)形式的使用上也將發(fā)揮不可替代的作用。展望未來(lái)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中CAE技術(shù)將有如下特點(diǎn)：1.船舶結(jié)構(gòu)CAE計(jì)算領(lǐng)域更加擴(kuò)大。在船舶結(jié)構(gòu)CAE計(jì)算將在更加精確的基礎(chǔ)上擴(kuò)大計(jì)算的學(xué)科領(lǐng)域，如流體與固體的耦合計(jì)算、振動(dòng)與聲學(xué)的耦合計(jì)算、高速?zèng)_擊下的結(jié)構(gòu)力學(xué)與熱力學(xué)計(jì)算等。2.CAD設(shè)計(jì)與CAE計(jì)算更緊密結(jié)合。由船舶結(jié)構(gòu)二維、三維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方案均能方便的轉(zhuǎn)化為CAE分析的幾何模型。3.CAE軟件操作的更簡(jiǎn)便實(shí)用化。CAE技術(shù)將成為更大范圍內(nèi)工程技術(shù)人員的實(shí)用工具，而不僅僅停留在少數(shù)專業(yè)人員手中。更人性化、智能化的CAE工具將幫助大多數(shù)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)人員解決日常設(shè)計(jì)問(wèn)題。4.特定問(wèn)題CAE計(jì)算參數(shù)化。產(chǎn)品的型號(hào)系列化一直以來(lái)是設(shè)計(jì)人員