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船舶水动力集成设计系统设计与实现

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SHIDS（SHIP HYDRODYNAMICS INTEGRATED DESIGN SYSTEM）是中国船舶科学研究中心开发的船舶水动力性能集成设计系统。以大方形系数低速船（以大型、超大型油轮为主）和中等方形系数中高速船（以大中型集装箱船为主）为研究对象，以船型和性能数据库为依托，对航行性能进行预报、评估和优化计算，由快速性、耐波性和操纵性综合观点确定满足用户要求的最合适的船型尺度和形状细节，从而能快速地设计出综合性能优良的船型。

如何将SHIDS系统集成于ANSYS Workbench平台中，充分利用Workbench平台易用、数据交换方便、扩展性强等特点，使SHIDS系统更加实用是设计实现的关键问题。

1. SHIDS系统框架及模块

整个系统包含概念设计模块，船型生成、静水力、阻力预报、自航因子预报、操纵性预报、耐波性预报6个计算模块，线性预览、结果图形查看、文档查看、报表生成、项目管理等辅助功能模块及一个CFD计算接口。

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图1 SHIDS系统框架

2. ANSYS Workbench框架及二次开发方法

Workbench框架提供了一个集成环境，允许用户同时运行多个应用程序，并且能实现工程数据和参数在各应用程序间的共享。Workbench框架本身并不包含任何工程应用程序。

框架支持用户化开发，用户可以将自己或第三方的独立的应用程序整合到Workbench中，且与Workbench的版本无关。

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图2 Workbench框架的基本构造

解决方案

Workbench用户开发工具允许用户针对某一产品或流程要求而建立起一套独特的工作流程或控制。SDK是Workbench架构下集成其它外部程序的主要接口，脚本和XML提供了在Workbench环境下创建流程控制（Workbench仿真向导）的主要工具。

主界面

Workbench界面中的菜单、工具栏都是以XML的形式组织的。窗口设计的方法是首先将视图按照需要分割成不同的部分，然后在分割的视图区域中加载不同的内容，比如3D图形控件、树形结构、网页、文本文件等。

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图1 SHIDS主界面实现

线型生成及预览

线型生成模块提供了几种系列船型的生成算法，模块的输出结果为SHIDS定义的船体型值表。将船体型值表，按照group_id node_id x y z的格式重新组织成ANSYS Workbench 的DM模块所能接受的Coordinate File，利用DM的3D Curve造型功能就可将船体线型图绘出。

水动力性能预报

系统中水动力性能的预报依赖于一组C++编写的动态链接库。用户输入计算程序所需的参数后，首先将参数保存到临时文件中，然后通过相应的计算程序计算并返回结果，最终对结果进行图形化显示。图2为水动力性能计算程序的调用过程。图3为耐波性预报的结果示意图（包括垂荡、纵摇、横摇、阻力增加）。

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图2 水动力性能计算过程

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图3 耐波性预报的结果示意图

CFD计算接口

系统采用Gambit作为船体CFD分析的前处理器，利用Gambit脚本文件实现计算域网格划分、边界设置等的自动化。利用Fluent进行CFD计算。图4为Gambit计算域网格自动划分后的网格示意图。图5为Fluent计算后的几种CFD结果。

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图4 Gambit计算域网格划分

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图5 Fluent结果后处理(船体表面压力分布、桨盘面伴流、阻力、波高分布)

用户价值

将SHIDS系统集成于ANSYS Workbench平台中，充分利用了Workbench平台易用、数据交换方便、扩展性强等特点，使SHIDS系统更加实用。性能计算模块采用的计算方法大多是近期一流的成熟成果，特别是大方形系数低速船和中等方形系数中高速船的性能计算基于两大船模系列试验数据，结果可靠实用、先进性强。CFD计算接口可以对生成船型快速进行CFD分析。系统的实现为Workbench平台提供了船舶初步设计的解决方案。

客户评价

ANSYS Workbench Environment（AWE）是ANSYS公司开发的新一代前后处理环境，并且定为于一个CAE协同平台，该环境提供了与CAD软件及设计流程高度的集成性，并且新版本增加了ANSYS很多软件模块并实现了很多常用功能，使产品开发中能快速应用CAE技术进行分析，从而减少产品设计周期、提高产品附加价值。

将SHIDS集成与ANSYS Workbench环境中，一方面可以为ANSYS Workbench提供船舶初步设计的解决方案；另一方面也增强了SHIDS系统的实用性，并且在Workbench的框架中，SHIDS与ANSYS很多软件模块之间很容易实现数据传递及共享。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/24/2008)


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