船舶结构设计

一 概述

船舶结构设计是在满足船舶功能及总体性能要求的前提下，通过结构设计使船舶在寿命期间强度、刚度、稳定性等均能满足使用的要求。船舶结构设计的内容决定了其设计计算任务的繁重。随着世界船舶市场对高技术含量、高附加值船舶需求的加大，各国船舶业间的能力竞争日趋激烈。现代造船技术正朝着高度机械化、自动化、集成化、模块化、计算机化方向发展。为了缩短船舶产品研制开发周期、降低开发费用，提高船舶结构设计计算效率已提上日程。

技术的推动和需求的牵引使计算数值仿真技术得以迅速发展，在船舶结构设计中，以有限元为核心的CAE（Computer Aid Engineering）技术——计算辅助工程技术，越来越受到重视，各种各样的仿真方法和仿真工具正逐步得到应用。CAE技术已成为船舶结构设计中不可或缺的有力工具，是解决大量工程优化问题的基础。为适应船舶工业的迅速发展，解决实际工程问题，迫切需要开展CAE在船舶结构设计中的应用及开发。

二 船舶结构设计的特点及CAE发展的现状

船舶经常运营于高速、强水流、强气流等环境条件下，船舶设计结构不仅要考虑船舶总纵强度、局部强度、结构稳定性，还需要考虑振动、冲击、噪声等。由此可见，船舶结构设计是一门技术含量高、设计难度大的学科领域。船舶结构设计的困难的另一个重要方面是由于船舶体积庞大，在很多场合下无法象汽车、飞机等一样做整体试验。传统船舶结构设计是通过母型船改进，结合经验开展简化结构的定性分析计算完成，其结构设计、计算和分析包含大量的经验成分。船舶结构试验开展的困难，加大了船舶结构设计对数值仿真技术的依赖性，CAE技术成为船舶结构设计的重要工具。

CAE从字面上讲是计算机辅助工程，其概念很广，可以包括工程和制造业信息化的所有方面。但传统的CAE主要是指工程设计中的分析计算和分析仿真，其核心是基于现代计算力学的有限单元分析技术。CAE起始于20世纪50年代中期，而真正的CAE软件诞生于70年代初期，到80年代中期，逐步形成了商品化的通用和专用CAE软件。近40年来，CAE技术结合迅速发展中的计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学与现代计算技术，从低效检验到高效仿真，从线性静力求解到非线性、动力仿真分析、多物理场耦合，取得了巨大的发展与成就。在日趋全球化的市场氛围中，企业间的竞争将表现为产品性能和制造成本的竞争。而CAE在产品研发及创新设计中所显示出的无与伦比的优越性，使其成为现代化工业企业在日趋激烈的市场竞争中取胜的重要条件。利用CAE软件，可以对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，并对其未来的工作状态和运行行为进行虚拟运行模拟，及早发现设计缺陷，实现优化设计；在实现创新的同时，提高设计质量，降低研究开发成本，缩短研究开发周期。CAE与CAD／CAM等软件一起，已经成为支持工程行业和制造企业信息化的主要信息技术之一。

CAE软件技术的发展，促使CAE在各行各业得到了极为广泛的应用。目前，CAE软件已在国外广泛应用于核工业、铁道、石油化工、机械制造、汽车交通、电子、土木工程、生物医学、轻工、日用家电等工业和科学研究领域。CAE在船舶行业也正迅速发展，目前各大舰船科研院所均引进CAE软件开展日常设计研究工作、各大船级社均采用CAE有限元软件进行自行规范计算的设计与研究。

三 CAE技术在船舶结构设计中的应用

目前CAE技术在船舶结构设计中已使用非常广泛，已渗透到船舶结构设计计算中的每一个领域，下面分别介绍CAE在船舶结构各计算领域中的应用。

31 强度

强度是船舶结构设计首先要考虑的问题。船舶结构强度计算主要包含全船总纵强度计算和局部强度计算。总纵强度是校核船体的纵弯曲计算波浪条件下船体各横剖面内纵向结构构件的应力,并将它与许用应力进行比较以判定船体的强度。传统的船舶总纵强度计算常常仅对典型横剖面进行计算,通常需要进行多次近似计算才可以得到最终结果,而采用全船有限元建模的方式,船舶总纵强度的计算变得较为容易。图1是某船在六级海况总纵强度中垂状态计算结果。在全船有限元模型CAE计算下，全船的每一个模剖面任意构件的应力情况都可以在计算结果中反映。目前由于全船总纵强度有限元计算需要耗费大量机时进行三维模型的建立,要开展全船总纵强度CAE计算需要较长周期，但如果全船三维CAD模型已经存在,船舶CAE计算将变得十分方便。

船体结构局部强度计算主要包括对底部结构强度计算、舷部结构强度计算、球鼻首结构强度计算、甲板结构强度计算、舱壁结构强度计算、主要设备基座强度计算等。传统计算方法对船舶局部结构的计算通常建立在简化的梁系结构和板架结构来计算，计算模型也通常是平面模型，空间复杂结构常常无法完成计算。而运用CAE技术任意复杂的船舶局部结构，其强度问题都能迎刃而解，并且计算结果非常详实。图2为船舶底部结构局部强度有限元计算结果。

图1 全船总纵强度计算 图2 底部结构强度有限元计算

运用CAE技术进行船舶结构强度计算目前应用非常广泛，CAE已成为实际船舶结构强度计算的不可缺少的工具。

32 刚度

在船舶结构强度满足的条件下,船舶结构设计的另一个重要指标就是刚度，即在预定的载荷下船舶结构的变形必须在许用的范围内。如规范规定全船在波浪下的静变形不大于船长的五百分之一。图3是对典型船舶双臂尾轴架结构刚度CAE计算结果。

利用先进CAE计算软件,可以真实的反映结构的实际承载情况,能考虑传统方法不能计算的复杂结构的变形问题,而且结果更准确可靠。

图3双臂尾轴架结构刚度计算 图4 甲板板架板架结构稳定计算

33 稳定性

船舶结构的稳定性分析，即船舶结构的失稳计算,属于船舶结构计算的重要组成部分。船舶结构稳定性计算常常包括对支柱结构的失稳欧拉力的校核计算、甲板纵骨带板结构失稳欧拉应力计算和甲板板架、底部板架结构失稳计算。图4是对典型甲板架板架结构稳定计算结果。传统计算方法对结构失稳计算通常仅能对支柱、简单板架结构进行计算。运用CAE方法可以快捷的计算复杂结构的失稳问题。

34 振动

船舶结构的振动计算对于船舶结构设计十分重要。规范要求，船舶总振动固有频率应避开主机频率、轴频、螺旋浆叶频等,尾部板及板架结构振动固有频率要避开螺旋浆激励频率；机舱区板及板架要避开主机频率。

图5 某舰总振动计算

图6 船舶尾部振动计算

船舶结构总振动传统计算方法是将全船简化为二十站变截面的空心梁，然后用经验公式计算得附连水质量附加到总船质量上进行振动计算。这样计算方法能在相当简化的程度上得出计算结果，但会把实船会遇到的横向总振动、扩张收缩等的振动形态给忽略掉。全船CAE振动计算能精确的建立全船有限元模型，并根据船体外板的空间形状考虑水对总振动的影响，而不必用人工经验公式计算的方式加附连水质量。全船CAE计算的结果可以全面的仿真全船在水中振动的情况。图5为某船总振动模态。

船舶尾部结构振动是船舶结构振动的一个难题，该问题不但涉及到船舶结构本身的固有频率，还涉及到船体结构与周围流场的流固耦合振动，要详细研究船舶尾部结构振动问题，传统方法仅能做定性分析，CAE技术为其提供技术解决方案。图8为某船尾部振动计算结果。文献[4]也利用SESAM有限元程序船舶尾部振动进行响应预报。

尾轴架结构的振动问题也是船舶局部振动经常要面对的问题，传统计算方法也只能对其做相当的简化求出近似的结果。文献[5]运用有限元法建立尾轴架结构的真实实体模型,并进行了详细的干湿模态计算。

35 冲击

船舶抗冲击性是目前越来越受相关专业人员重视的学科领域，对于军舰来说尤为重要，因为舰船结构抗冲击性是舰船生命力的重要保障。设计军舰结构时，舰船结构不但要经受强大的风浪载荷，还需要考虑舰船结构承受炸药爆炸的冲击载荷。该领域分两大类研究范畴：舰船结构抗水下非接触爆炸计算研究和舰船结构抵御接触爆炸穿甲研究，统称舰船结构抗冲击研究。舰船抗冲击性在传统方法中无法计算。近些年来,随着计算硬件的发展及CAE技术的发展，从船局部结构到整舰的CAE抗冲击评估计算逐步可以在微机上开展。文献[6]运用MSCDYTRAN对加筋板架爆炸载荷下动态响应进行了数值分析，文献[7]对某型水面舰船全船结构在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应进行了MSCDYTRAN数值模拟。图7为某舰整舰水下爆炸冲击计算有限元模型。图8为某柴油机基座抗冲击计算结果。

图7整舰水下爆炸冲击计算

图8 某柴油机基座抗冲击性计算

整舰结构抗冲击CAE计算规模一般较大，有限元模型的网格质量、单元选择、材料选择、外载荷的施加方法及计算算法的选择对计算结果有重要影响。整舰CAE计算仍是技术含量很高的领域，亟需投入大量力量去研究和开发。

36 噪声

舰船结构的噪声主要包含舰船舱室内噪声研究和舰船结构水下噪声研究。船舶噪声的治理一直以来和舰船结构振动密不可分，但又与船舶结构振动很不相同。船舶结构振动常常只需要解决低频问题，而船舶结构噪声问题常常频段范围很宽，从几赫兹到几十万赫兹。CAE技术中的有限元法显得力不从心，因为声学问题如果要用有限元的方法来进行计算，随着频率的加大，网格的密度要非常之大，就算是简单的结构其计算模型也非常巨大，以致于现有的计算机无法完成计算。故在噪声领域有限元法常用于低频、中低频的计算，中高频以上问题需要采用其它CAE技术，包括统计能量法、边界元技术、无限元技术等。图9为运用AUTOSEA软件，对简化的全舰船结构进行声幅射计算的例子。

图9 全舰声幅射计算

四 船舶结构CAE技术应用的特点

CAE技术正应用到船舶结构设计算的每一个领域。CAE在船舶结构设计中有如下几个优点：

1 可视性 采用CAE进行船舶结构计算，可以从图像上看到分析结构的大小、材料、边界条件、载荷条件等，大多数CAE软件均提供了良好的人机交互环境。

2 真实性 运用CAE技术对船舶结构建模能反映船舶结构的真实几何情况。无论是板架结构还是实体结构，无论是简单平面结构还是复杂空间结构，CAE的建模功能都能根据问题的需要，作适当简化，建模反映结构的真实情况，为精确计算打下基础。

3 详实性 运用CAE工具进行船舶结构计算，可以根据模型参数情况、加载的条件及计算参数的设定，详实求得计算结果。根据设计人员的需要求得任意部位需要的计算结果，可根据设计人员提供参数的准确程度,详实反映结构物理情况。

4 强数值运算能力 目前通用的CAE软件，都采用多种高效的数值计算方法，大量线性、非线性问题均有解决方案。不同CAE软件常常是功能侧重点不一样,如MSCNASTRAN和ANSYS在有限元线性力学领域十分成熟；ABAQUS软件则在有限元非线性接触、摩擦领域有特长；ANSYS-LSDYNA、MSCDYTRAN由于采用显示动力学算法，强于冲击穿甲相关计算；SYSNOISE则是声-振分析专业工程软件，它拥有声场有限元、无限元、直接 /间接边界元法等多种声学解决方案；AUTOSEA软件是基于统计能量分析方法的结构振动、声学设计工具；HYPERMESH强于网格划分，并是目前很适合于做结构力学优化设计的软件。

尽管运用CAE技术开展船舶结构设计计算有上述优点,但目前仍有以下问题:

1 如何快速建模是船舶结构CAE设计的一个重要任务。由于船舶行业自身特点,船舶结构二维CAD设计在相当长一段时内还将存在,并在工程中发挥重要作用。目前从二维CAD图纸设计到三维CAE模型的生成,需要花费大量时间。

2 CAE目前使用难度仍然较大。由于有大量CAE软件的存在，并且各CAE软件均有很强的专业背景，要想使用好特定的CAE软件，设计使用人员必须具备相当的相关领域的专业知识。CAE软件目前仍停留在少数专业人员的使用范畴内。

3 修改设计CAE计算工作量较大。由于CAE的计算过程复杂，做一次设计修改相当于重新开始做一次CAE计算。很多情况下网格划分、边界条件的定义等都要重新进行。对于一个小规模问题，重新计算工作量增加不明显，如果对一个大规模计算，则需要耗费大量机时。

4 目前船舶结构CAE计算尚不存在质量控制标准。虽然CAE在船舶行业的应用已有很长时间，并且大量任务已采用CAE分析计算，但CAE建模的简化程度、网格的质量、边界条件的设定、外载荷加载方式都和具体分析计算的人员的经验有很大关系，其计算结果的准确程度也很不一样。常常出现不同人员对同一问题进行计算而得到不同结果的现象。

五 总结及展望

随着船舶结构设计技术的深入开展船舶强度、刚度、稳定性、振动、冲击和噪声各领域的CAE应用将越来越广泛和深入。CAE不仅可以解决船舶结构传统经典力学问题，新兴的学科领域如爆炸冲击领域问题也有解决方案；CAE不仅在现有结构的力学计算上发挥巨大作用,在船舶结构设计创新,新材料、新结构形式的使用上也将发挥不可替代的作用。

展望未来船舶结构设计中CAE技术将有如下特点：

1 船舶结构CAE计算领域更加扩大。在船舶结构CAE计算将在更加精确的基础上扩大计算的学科领域，如流体与固体的耦合计算、振动与声学的耦合计算、高速冲击下的结构力学与热力学计算等。

2 CAD设计与CAE计算更紧密结合。由船舶结构二维、三维图纸设计方案均能方便的转化为CAE分析的几何模型。

3 CAE软件 *** 作的更简便实用化。CAE技术将成为更大范围内工程技术人员的实用工具，而不仅仅停留在少数专业人员手中。更人性化、智能化的CAE工具将帮助大多数船舶结构设计技术人员解决日常设计问题。

4 特定问题CAE计算参数化。产品的型号系列化一直以来是设计人员的工作内容，在船舶结构设计中有很多领域都需要对结构相似的类似问题进行计算,特定问题CAE参数化将大大方便设计人员的结构优化设计工作。

5 船舶结构CAE计算的规范化。针对不同的船舶结构设计计算领域，将制定规范标准化CAE计算过程，使CAE船舶结构设计计算的正确性有保障。

首先，既然学校有这个软件，那么肯定也有一些帮助文件，里面有很多workshop，这些看看会有很大的帮助。然后也可以联系客户服务的邮箱。

另外，可以去参加一些软件的年会，跟别人交流一下。

最后，软件是工具，你首先要对自己的论文实际问题有个认识，然后再考虑怎么做。

1、ANSYS里面导出成NASTRAN认得出的前处理文件格式；

2、用HM、ANSA打开，转换成NASTRAN认得出的前处理文件格式；

3、用Fortran、C/C++、Python、VB、Java写一段程序，进行格式转换

一 概述

船舶结构设计是在满足船舶功能及总体性能要求的前提下，通过结构设计使船舶在寿命期间强度、刚度、稳定性等均能满足使用的要求。船舶结构设计的内容决定了其设计计算任务的繁重。随着世界船舶市场对高技术含量、高附加值船舶需求的加大，各国船舶业间的能力竞争日趋激烈。现代造船技术正朝着高度机械化、自动化、集成化、模块化、计算机化方向发展。为了缩短船舶产品研制开发周期、降低开发费用，提高船舶结构设计计算效率已提上日程。

技术的推动和需求的牵引使计算数值仿真技术得以迅速发展，在船舶结构设计中，以有限元为核心的CAE（Computer Aid Engineering）技术——计算辅助工程技术，越来越受到重视，各种各样的仿真方法和仿真工具正逐步得到应用。CAE技术已成为船舶结构设计中不可或缺的有力工具，是解决大量工程优化问题的基础。为适应船舶工业的迅速发展，解决实际工程问题，迫切需要开展CAE在船舶结构设计中的应用及开发。

二 船舶结构设计的特点及CAE发展的现状

船舶经常运营于高速、强水流、强气流等环境条件下，船舶设计结构不仅要考虑船舶总纵强度、局部强度、结构稳定性，还需要考虑振动、冲击、噪声等。由此可见，船舶结构设计是一门技术含量高、设计难度大的学科领域。船舶结构设计的困难的另一个重要方面是由于船舶体积庞大，在很多场合下无法象汽车、飞机等一样做整体试验。传统船舶结构设计是通过母型船改进，结合经验开展简化结构的定性分析计算完成，其结构设计、计算和分析包含大量的经验成分。船舶结构试验开展的困难，加大了船舶结构设计对数值仿真技术的依赖性，CAE技术成为船舶结构设计的重要工具。

CAE从字面上讲是计算机辅助工程，其概念很广，可以包括工程和制造业信息化的所有方面。但传统的CAE主要是指工程设计中的分析计算和分析仿真，其核心是基于现代计算力学的有限单元分析技术。CAE起始于20世纪50年代中期，而真正的CAE软件诞生于70年代初期，到80年代中期，逐步形成了商品化的通用和专用CAE软件。近40年来，CAE技术结合迅速发展中的计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学与现代计算技术，从低效检验到高效仿真，从线性静力求解到非线性、动力仿真分析、多物理场耦合，取得了巨大的发展与成就。在日趋全球化的市场氛围中，企业间的竞争将表现为产品性能和制造成本的竞争。而CAE在产品研发及创新设计中所显示出的无与伦比的优越性，使其成为现代化工业企业在日趋激烈的市场竞争中取胜的重要条件。利用CAE软件，可以对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，并对其未来的工作状态和运行行为进行虚拟运行模拟，及早发现设计缺陷，实现优化设计；在实现创新的同时，提高设计质量，降低研究开发成本，缩短研究开发周期。CAE与CAD／CAM等软件一起，已经成为支持工程行业和制造企业信息化的主要信息技术之一。

CAE软件技术的发展，促使CAE在各行各业得到了极为广泛的应用。目前，CAE软件已在国外广泛应用于核工业、铁道、石油化工、机械制造、汽车交通、电子、土木工程、生物医学、轻工、日用家电等工业和科学研究领域。CAE在船舶行业也正迅速发展，目前各大舰船科研院所均引进CAE软件开展日常设计研究工作、各大船级社均采用CAE有限元软件进行自行规范计算的设计与研究。

三 CAE技术在船舶结构设计中的应用

目前CAE技术在船舶结构设计中已使用非常广泛，已渗透到船舶结构设计计算中的每一个领域，下面分别介绍CAE在船舶结构各计算领域中的应用。

31 强度

强度是船舶结构设计首先要考虑的问题。船舶结构强度计算主要包含全船总纵强度计算和局部强度计算。总纵强度是校核船体的纵弯曲计算波浪条件下船体各横剖面内纵向结构构件的应力,并将它与许用应力进行比较以判定船体的强度。传统的船舶总纵强度计算常常仅对典型横剖面进行计算,通常需要进行多次近似计算才可以得到最终结果,而采用全船有限元建模的方式,船舶总纵强度的计算变得较为容易。图1是某船在六级海况总纵强度中垂状态计算结果。在全船有限元模型CAE计算下，全船的每一个模剖面任意构件的应力情况都可以在计算结果中反映。目前由于全船总纵强度有限元计算需要耗费大量机时进行三维模型的建立,要开展全船总纵强度CAE计算需要较长周期，但如果全船三维CAD模型已经存在,船舶CAE计算将变得十分方便。

船体结构局部强度计算主要包括对底部结构强度计算、舷部结构强度计算、球鼻首结构强度计算、甲板结构强度计算、舱壁结构强度计算、主要设备基座强度计算等。传统计算方法对船舶局部结构的计算通常建立在简化的梁系结构和板架结构来计算，计算模型也通常是平面模型，空间复杂结构常常无法完成计算。而运用CAE技术任意复杂的船舶局部结构，其强度问题都能迎刃而解，并且计算结果非常详实。图2为船舶底部结构局部强度有限元计算结果。

图1 全船总纵强度计算 图2 底部结构强度有限元计算

运用CAE技术进行船舶结构强度计算目前应用非常广泛，CAE已成为实际船舶结构强度计算的不可缺少的工具。

32 刚度

在船舶结构强度满足的条件下,船舶结构设计的另一个重要指标就是刚度，即在预定的载荷下船舶结构的变形必须在许用的范围内。如规范规定全船在波浪下的静变形不大于船长的五百分之一。图3是对典型船舶双臂尾轴架结构刚度CAE计算结果。

利用先进CAE计算软件,可以真实的反映结构的实际承载情况,能考虑传统方法不能计算的复杂结构的变形问题,而且结果更准确可靠。

图3双臂尾轴架结构刚度计算 图4 甲板板架板架结构稳定计算

33 稳定性

船舶结构的稳定性分析，即船舶结构的失稳计算,属于船舶结构计算的重要组成部分。船舶结构稳定性计算常常包括对支柱结构的失稳欧拉力的校核计算、甲板纵骨带板结构失稳欧拉应力计算和甲板板架、底部板架结构失稳计算。图4是对典型甲板架板架结构稳定计算结果。传统计算方法对结构失稳计算通常仅能对支柱、简单板架结构进行计算。运用CAE方法可以快捷的计算复杂结构的失稳问题。

34 振动

船舶结构的振动计算对于船舶结构设计十分重要。规范要求，船舶总振动固有频率应避开主机频率、轴频、螺旋浆叶频等,尾部板及板架结构振动固有频率要避开螺旋浆激励频率；机舱区板及板架要避开主机频率。

图5 某舰总振动计算

图6 船舶尾部振动计算

船舶结构总振动传统计算方法是将全船简化为二十站变截面的空心梁，然后用经验公式计算得附连水质量附加到总船质量上进行振动计算。这样计算方法能在相当简化的程度上得出计算结果，但会把实船会遇到的横向总振动、扩张收缩等的振动形态给忽略掉。全船CAE振动计算能精确的建立全船有限元模型，并根据船体外板的空间形状考虑水对总振动的影响，而不必用人工经验公式计算的方式加附连水质量。全船CAE计算的结果可以全面的仿真全船在水中振动的情况。图5为某船总振动模态。

船舶尾部结构振动是船舶结构振动的一个难题，该问题不但涉及到船舶结构本身的固有频率，还涉及到船体结构与周围流场的流固耦合振动，要详细研究船舶尾部结构振动问题，传统方法仅能做定性分析，CAE技术为其提供技术解决方案。图8为某船尾部振动计算结果。文献[4]也利用SESAM有限元程序船舶尾部振动进行响应预报。

尾轴架结构的振动问题也是船舶局部振动经常要面对的问题，传统计算方法也只能对其做相当的简化求出近似的结果。文献[5]运用有限元法建立尾轴架结构的真实实体模型,并进行了详细的干湿模态计算。

35 冲击

船舶抗冲击性是目前越来越受相关专业人员重视的学科领域，对于军舰来说尤为重要，因为舰船结构抗冲击性是舰船生命力的重要保障。设计军舰结构时，舰船结构不但要经受强大的风浪载荷，还需要考虑舰船结构承受炸药爆炸的冲击载荷。该领域分两大类研究范畴：舰船结构抗水下非接触爆炸计算研究和舰船结构抵御接触爆炸穿甲研究，统称舰船结构抗冲击研究。舰船抗冲击性在传统方法中无法计算。近些年来,随着计算硬件的发展及CAE技术的发展，从船局部结构到整舰的CAE抗冲击评估计算逐步可以在微机上开展。文献[6]运用MSCDYTRAN对加筋板架爆炸载荷下动态响应进行了数值分析，文献[7]对某型水面舰船全船结构在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应进行了MSCDYTRAN数值模拟。图7为某舰整舰水下爆炸冲击计算有限元模型。图8为某柴油机基座抗冲击计算结果。

图7整舰水下爆炸冲击计算

图8 某柴油机基座抗冲击性计算

整舰结构抗冲击CAE计算规模一般较大，有限元模型的网格质量、单元选择、材料选择、外载荷的施加方法及计算算法的选择对计算结果有重要影响。整舰CAE计算仍是技术含量很高的领域，亟需投入大量力量去研究和开发。

36 噪声

舰船结构的噪声主要包含舰船舱室内噪声研究和舰船结构水下噪声研究。船舶噪声的治理一直以来和舰船结构振动密不可分，但又与船舶结构振动很不相同。船舶结构振动常常只需要解决低频问题，而船舶结构噪声问题常常频段范围很宽，从几赫兹到几十万赫兹。CAE技术中的有限元法显得力不从心，因为声学问题如果要用有限元的方法来进行计算，随着频率的加大，网格的密度要非常之大，就算是简单的结构其计算模型也非常巨大，以致于现有的计算机无法完成计算。故在噪声领域有限元法常用于低频、中低频的计算，中高频以上问题需要采用其它CAE技术，包括统计能量法、边界元技术、无限元技术等。图9为运用AUTOSEA软件，对简化的全舰船结构进行声幅射计算的例子。

图9 全舰声幅射计算

四 船舶结构CAE技术应用的特点

CAE技术正应用到船舶结构设计算的每一个领域。CAE在船舶结构设计中有如下几个优点：

1 可视性 采用CAE进行船舶结构计算，可以从图像上看到分析结构的大小、材料、边界条件、载荷条件等，大多数CAE软件均提供了良好的人机交互环境。

2 真实性 运用CAE技术对船舶结构建模能反映船舶结构的真实几何情况。无论是板架结构还是实体结构，无论是简单平面结构还是复杂空间结构，CAE的建模功能都能根据问题的需要，作适当简化，建模反映结构的真实情况，为精确计算打下基础。

3 详实性 运用CAE工具进行船舶结构计算，可以根据模型参数情况、加载的条件及计算参数的设定，详实求得计算结果。根据设计人员的需要求得任意部位需要的计算结果，可根据设计人员提供参数的准确程度,详实反映结构物理情况。

4 强数值运算能力 目前通用的CAE软件，都采用多种高效的数值计算方法，大量线性、非线性问题均有解决方案。不同CAE软件常常是功能侧重点不一样,如MSCNASTRAN和ANSYS在有限元线性力学领域十分成熟；ABAQUS软件则在有限元非线性接触、摩擦领域有特长；ANSYS-LSDYNA、MSCDYTRAN由于采用显示动力学算法，强于冲击穿甲相关计算；SYSNOISE则是声-振分析专业工程软件，它拥有声场有限元、无限元、直接 /间接边界元法等多种声学解决方案；AUTOSEA软件是基于统计能量分析方法的结构振动、声学设计工具；HYPERMESH强于网格划分，并是目前很适合于做结构力学优化设计的软件。

尽管运用CAE技术开展船舶结构设计计算有上述优点,但目前仍有以下问题:

1 如何快速建模是船舶结构CAE设计的一个重要任务。由于船舶行业自身特点,船舶结构二维CAD设计在相当长一段时内还将存在,并在工程中发挥重要作用。目前从二维CAD图纸设计到三维CAE模型的生成,需要花费大量时间。

2 CAE目前使用难度仍然较大。由于有大量CAE软件的存在，并且各CAE软件均有很强的专业背景，要想使用好特定的CAE软件，设计使用人员必须具备相当的相关领域的专业知识。CAE软件目前仍停留在少数专业人员的使用范畴内。

3 修改设计CAE计算工作量较大。由于CAE的计算过程复杂，做一次设计修改相当于重新开始做一次CAE计算。很多情况下网格划分、边界条件的定义等都要重新进行。对于一个小规模问题，重新计算工作量增加不明显，如果对一个大规模计算，则需要耗费大量机时。

4 目前船舶结构CAE计算尚不存在质量控制标准。虽然CAE在船舶行业的应用已有很长时间，并且大量任务已采用CAE分析计算，但CAE建模的简化程度、网格的质量、边界条件的设定、外载荷加载方式都和具体分析计算的人员的经验有很大关系，其计算结果的准确程度也很不一样。常常出现不同人员对同一问题进行计算而得到不同结果的现象。

五 总结及展望

随着船舶结构设计技术的深入开展船舶强度、刚度、稳定性、振动、冲击和噪声各领域的CAE应用将越来越广泛和深入。CAE不仅可以解决船舶结构传统经典力学问题，新兴的学科领域如爆炸冲击领域问题也有解决方案；CAE不仅在现有结构的力学计算上发挥巨大作用,在船舶结构设计创新,新材料、新结构形式的使用上也将发挥不可替代的作用。

展望未来船舶结构设计中CAE技术将有如下特点：

1 船舶结构CAE计算领域更加扩大。在船舶结构CAE计算将在更加精确的基础上扩大计算的学科领域，如流体与固体的耦合计算、振动与声学的耦合计算、高速冲击下的结构力学与热力学计算等。

2 CAD设计与CAE计算更紧密结合。由船舶结构二维、三维图纸设计方案均能方便的转化为CAE分析的几何模型。

3 CAE软件 *** 作的更简便实用化。CAE技术将成为更大范围内工程技术人员的实用工具，而不仅仅停留在少数专业人员手中。更人性化、智能化的CAE工具将帮助大多数船舶结构设计技术人员解决日常设计问题。

4 特定问题CAE计算参数化。产品的型号系列化一直以来是设计人员的工作内容，在船舶结构设计中有很多领域都需要对结构相似的类似问题进行计算,特定问题CAE参数化将大大方便设计人员的结构优化设计工作。

5 船舶结构CAE计算的规范化。针对不同的船舶结构设计计算领域，将制定规范标准化CAE计算过程，使CAE船舶结构设计计算的正确性有保障。

美国得克萨斯州大学的科学家研制出世界上功率最强大的可 *** 作激光，这种激光每万亿分之一秒产生的能量是美国所有发电厂发电量的2000倍，输出功率超过1 拍瓦－相当于10的15次方瓦。这种激光第一次启动是在1996年。马丁尼兹说，希望他的项目能够在2008年打破这一纪录，也就是说，让激光的功率达到13拍瓦到15拍瓦之间。超级激光项目负责人麦卡尔·马丁尼兹表示：“我们可以让材料进入一种极端状态，这种状态在地球上是看不到的。我们打算在德州观察的现象相当于进入太空观察一颗正在爆炸的恒星。”

激光“抓住”碳纳米管并使之移动

美国伊利诺伊州纽约大学的科学家和一家光学公司的科研人员试验了一种名为“光学捕获”的技术，试图更便利地 *** 纵碳纳米管。光学捕获技术就是利用激光能捕获微小粒子的能力，在移动激光束时使微小粒子跟随激光移动。由于激光能捕获微小粒子，因此在它移动时就会像镊子一样，“夹”着微小粒子移动。科学家把这种现象称为“激光镊子”。2013年时生物学家已能用激光镊子夹住单个细胞。例如，从血液中分离出单个血红细胞用于研究镰刀状血红细胞贫血症或疟疾治疗研究。激光镊子能“夹”住微小粒子，是因为激光束中心强度大于边缘强度，因此当激光束照射一个微小粒子时，从中心折射的光线要比向前的光线多。

当折射的光线获得向外的冲力时，粒子上的反作用力就使冲力指向激光束中心，因此粒子总是被吸引到激光束中心。如果粒子非常小且具有很小的重力或摩擦力，当激光束移动时，粒子就会跟着移动。

然而，激光镊子移动的血细胞直径有几微米，但2013年以前要移动直径仅2～20纳米的碳纳米管会麻烦得多。因此想利用单个激光镊子移动大量碳纳米管到一定位置，可能会与用原子力显微镜一样费事。

为此，科学家用一种液晶激光分离器把激光束分成200个可单独控制的小激光束，研究人员可以控制这些激光束使之形成三角形、四边形、五边形和六边形等形状，从而移动大量的纳米管群，使它们在显微镜载片表面定位，达到移动碳纳米管的目的。

光学捕捉技术的成功，受到美国加利福尼亚大学的纳米管专家、物理学家亚历克斯·泽特尔的称赞，他说，因为2013年还没有一种可靠的技术能 *** 纵大量的纳米管，而这种新的光学捕获技术有可能应用于工业。 NASA演示激光束传视频实验 传速达每秒1000多兆

2014年4月美国国家航空航天局喷气推进实验室成功完成了一项光学技术演示验证实验，其特定程序“激光通讯科学的光学有效载荷”（OPALS）可将NASA未来航天器的通信速率提高10至100倍。这是NASA第一次在轨道实验室试验光通信。

在太空任务中，使用的科学仪器越来越需要更高的通信速率将收集到的数据发送回地球，或者支持高数据速率的应用，如高清视频流。光通信也称为“激光通信”，是一种新兴的通过激光束传送数据的技术。其可提供更高的数据速率，超过当前采用的射频（RF）传输速度，并且具有在频带 *** 作不受当前美国联邦通信委员会监管的优点。

该项目经理马特·亚伯拉罕森表示，光通信已具有改变游戏规则的潜力。许多深空探测飞行任务在执行每秒200到400千比特的通信任务。OPALS将展示高达每秒50兆比特的传输速度，未来深空光通信系统甚至会提供每秒1000多兆比特的传速。 2015年1月27日，《新科学家》（New Scientist）报道，利用能探测到单光子，每秒200亿帧的超高速摄像机，科学家首次捕捉到了激光在空气中飞行的画面。在10分钟内，研究者记录了光子与空气碰撞时产生的200万次激光脉冲。该技术可用于巡查环境角落，显示屏幕上看不到的物体，还可用在需要精准计量时间信息的地方。

苏格兰赫利瓦特大学的主要研究者加里皮说：“这是我们第一次看到光经过身边时的情形。”在通常情况下，科学家只能通过物体上的反射来看到光。想看到激光器发出的激光则更加棘手，因为光子是在聚焦光束中运动，而且方向都相同。

该相机由爱丁堡大学开发，其感光部件由单光子光敏像素阵列构成。这些像素有两种特性：一是对单个光子敏感的能力——每个像素的敏感性是人眼的10倍左右；二是它们的速度——每个像素被激活只要67皮秒(万亿分之一秒)，比人眨一下眼的时间要快10亿倍。“这些特性让我们能实现‘飞光成像’。”里奇说，当光在空中飞行，从物体上散射开来时，这种成像方法连光本身也能拍下来。 超快激光器

超快激光器 是太阿激光基于SESAM锁模技术的Amberpico系列皮秒激光器、Amberfemto系列飞秒激光器开发的激光器。 Amberpico系列皮秒激光器具有超短脉冲宽度（小于15ps）、高单脉冲能量（最大单脉冲能量30mJ）、高重复频率（1kHz以上）和值得信赖的优良输出性能, Amberfemto系列飞秒激光器脉冲宽度小于200fs，重复频率1Hz—100kHz可选，具有优异的空间模式和卓越的功率稳定性。可以实现高效的二倍频、三倍频、甚至四倍频光的输出。波长范围遍及红外、绿光、紫外，波长最短可以达到266/263nm。

皮秒连续锁模激光器

皮秒连续锁模激光器就是脉冲宽度压缩到ps量级（10-12s） 的“超短”脉冲连续锁模激光器。按照泵浦方式，可以分为灯泵浦皮秒连续锁模激光器和半导体泵浦皮秒连续锁模激光器；按照锁模方式，可以分为半导体可饱和吸收体连续锁模皮秒激光器和染料连续锁模皮秒锁模激光器；按照激光媒质，可以分为固体皮秒连续锁模激光器和光纤皮秒连续锁模激光器等。 一般采用半导体可饱和吸收镜作为锁模器件，LD泵浦的皮秒连续锁模激光器。所谓半导体可饱和吸收镜，一般是采用外延法将半导体可饱和吸收体直接生长在半导体布拉格反射镜上，因此被叫做可饱和半导体布拉格反射镜（Saturable Bragg Reflector，简称SBR）或半导体可饱和吸收镜（Semiconductor Saturable Absorber Mirror,简称SESAM）。

芝麻油有什么特殊功效和作用有两种主要类型的芝麻油可用。冷压芝麻油是石油,按生芝麻。它是光的颜色,温和的味道。还有烤芝麻油,压烤芝麻。敬酒的种子产生的油颜色较深和nuttier味道。

麻油有很多抗氧化剂,这意味着它不会腐臭的其他油一样容易。光版本的这种油可以用来做饭,,因为它的高烟点,用于油炸。烤芝麻油,由于其较低的烟点,通常不用于烹饪。味道恶化以来过热时,它更适合用来作为调料添加风味菜肴。

当生产这个油,芝麻是干燥和动摇在屏幕上摆脱石头和泥土。然后他们被发送到一个榨油机。种子压,然后再次按下确保大多数石油可能来源于种子。剩余的种子通常出售作为牲畜的饲料。

如橄榄油、芝麻油是一种类型的石油,对你有好处。它充满了mono和多不饱和脂肪酸,有助于减少坏胆固醇。一些研究甚至表明,它可以帮助减少高血压。它还包含两种类型的antioxidants-sesamol和芝麻素。抗氧化剂有助于减少体内自由radicals-substances可以导致细胞的破坏。

芝麻油还含有复合维生素E和B,可以帮助皮肤看上去更健康。它滋润干性皮肤和可以帮助防止湿疹,牛皮癣和瑕疵。还有些人使用它作为一个头发治疗。它甚至被用来按摩头皮。也有一些人认为它可以防止脱发。

最受欢迎的芝麻油的准备的使用某些类型的食物。尤其是在世界某些地区如南印度、中国和韩国。麻油可用于制作炒的菜肴,卤汁、沙拉酱,甚至油炸。油的味道要取决于它的颜色。轻油往往是温和的,而深色的油有更强烈的风味和亚洲美食时主要使用。

芝麻油的另一个比较流行的用途是作为一个局部皮肤的治疗。它的柔软性与常规应用程序可能有助于舒缓和滋润干燥的皮肤。人遭受身体疼痛和焦虑也可能受益于它的使用。芝麻油常常作为基础油按摩,可以与油混合使用太刺激。

有多个好处时,芝麻油的饮食和局部使用。它是丰富的抗氧化剂,包括维生素e 芝麻油还包含单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪,可能有助于降低高血压

实现这些使用之前芝麻油决定如果有是很重要的过敏或灵敏度。过敏的人芝麻不应该使用石油局部或内部。检查潜在的皮肤过敏,使用少量的石油在耳朵后面,等待24小时。在这段期间,定期检查任何发红、皮疹或明显的刺激,可能表明反应。如果腹泻是一个问题,以麻油也应该避免,因为它是一个温和的泻药,可以恶化这一问题。

一些不太知名的使用芝麻油包括杀虫剂和注射。的注射,通常用作载体对于某些类型的肌内注射。肌内注射都是直接到肌肉注射。孕酮等药物,生育治疗,使用一个石油解决方案。麻油也可能用于制造杀虫剂。被认为是风险最小的活性成分,经常用于有机杀虫剂。

白色的芝麻点缀一些汉堡面包是全世界三种可用的芝麻。芝麻也可以是浅棕色或黑色。黑色的芝麻是黑色的来源芝麻油植物油,nuttier,比lighter-colored亲戚的石油丰富的味道。

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