利用3DEXPERIENCE平台对风力辅助推进系统进行建模与仿真

根据《巴黎协定》设定的目标，国际海事组织（IMO）计划在2030年之前将年度温室气体（GHG）排放总量较2008年减少至少40%。

Jean Benoit在一另篇博文中对风力辅助推进系统在海运领域的回归进行了更为详细的介绍。

IMO近日采纳了计算流体动力学（CFD）作为一种可靠的计算方法。今年一月，船舶行业知名的船级社之一法国船级社（Bureau Veritas）发布了风力推进系统—NR206 R02规则：

   

[4.2.1]中定义的风力推进系统在操作条件下产生的风力应通过计算流体动力学（CFD）技术计算、风洞试验或等效的计算方法得出，且须令本社满意。

达索系统已成为在船舶制造与海洋环境中实施数字技术的中坚力量。我们重点关注集成风力辅助推进系统，将其作为减少燃油消耗的最可持续解决方案，通过在现有船舶上加装风帆完成改造。

通过充分利用风力辅助推进技术，海运行业将能够应对环境挑战，提升运营效率，并为全球航运行业的更可持续未来做出贡献。

这种创新型方法可带来一种免费的可持续能源，消除对储能电池的需求。此外，该项技术还能使船舶在减少燃油消耗的同时延长航程，从而进一步实现成本节约。

该工作流程通过参数化CAD设计的独立帆体几何形状，重点介绍了顺序流体-结构相互作用（FSI）的优化仿真。这一过程的民主化在3DEXPERIENCE平台上得到了扩展，使高保真仿真方法能够在开发周期的早期阶段得到应用。

流程初始阶段包括生成参数化的CAD几何形状，其中外部和内部配置得到了精准定义。这包括指定如翼肋和翼梁的数量与尺寸等的详细信息。在这一阶段还同时构建了包括上层结构和起重机等元素的整个船体。此外，设计中涉及的所有材料属性在这个阶段也得到了明确规定。

在这一流程中，一旦创建了参数化CAD，设计人员便可使用3DEXPERIENCE平台上的CFD流体仿真，开始计算独立帆体顺序FSI的稳态气动性能。这是一个单相稳态N-S仿真，其中将流速设定为输入参数，提取沿帆的压力分布作为主要KPI。这一区域映射将自动用于顺序FSI结构仿真的输入。

随后，进行独立帆体的结构仿真。所有内部连接均在此步骤中得到定义。此外，这里的静态隐式结构仿真同样在3DEXPERIENCE平台上完成，该环节的主要KPI包括应力和变形分析。

如果未达到设计目标，设计师可以使用优化和近似模型来对备选方案进行定义，迭代外形或几何尺寸以改善气动性能，或更改帆体覆盖材料或厚度以改善结构完整性。

如果分析结果达到设计目标，第一次迭代周期则正式结束。

为解决货船甲板空间有限的难题，本工作流程的第二个迭代周期用于优化帆的布局与安放。该系统仿真可提供基于LBM的高精度非稳态VLES CFD，工程师根据设定的罗盘方位图分析帆对货船造成的影响与横流效应。这有助于我们定义适当的甲板安放布局，并比较例如1帆与4帆的不同配置等场景： 

这种顺序协同仿真可以使用3DEXPERIENCE平台上的自动化Process Composer进行优化，设计师在其中定义需要最大化和最小化的KPI，算法 会自动对几何形状进行迭代。