ЕСТЬ ВОПРОСЫ? СВЯЗАТЬСЯ

Блог

Команда Zyz Sailing Team проектирует свои парусные яхты при помощи ANSYS

Команда Zyz Sailing Team проектирует свои парусные яхты при помощи ANSYS

Свою первую парусную яхту команда Zyz sailing team спроектировала и изготовила еще в 2008 году для того, чтобы принять участие в межвузовской регате 1001velaCUP. В течение восьми последующих лет усердной работы мы выпускали различные лодки, при проектировании которых мы пытались оптимизировать всё многообразие свойств, влияющих на характеристики судна. Правила гонок (R3 class), принятые в этих соревнованиях, накладывали геометрические и конструктивные ограничения на процесс проектирования: максимальные длина и ширина яхты равны 4,60 м и 2,10 м соответственно, при этом доля конструкции корпуса судна, выполненной из материалов растительного происхождения, должна составлять не менее 70% по массе.

 

Маленькая шлюпка под названием Zyz была первой попыткой команды в проектировании и изготовлении плавательного судна. Проектирование этой шлюпки в большей степени основывалось на гидростатических расчетах корпуса. Подбор геометрических характеристик внутренних силовых элементов был выполнен на основе имеющегося у команды опыта. Лодка изготавливалась классическим методом обшивки рейками. В результате судно вышло перетяжеленным, и было подвергнуто существенным изменениям после первой регаты.

Первый опыт, полученный на шлюпке Zyz, показал необходимость использования новых расчетных методов на этапе проектирования конструкции. После этого команда направила свои знания и опыт на внедрение численных методов в процесс интегрированного проектирования. Был принят подход, в рамках которого при исследовании параметрической CAD модели новой лодки параллельно используется численное решение задач гидродинамики и метод конечных элементов. Простота взаимодействия как с внешней параметрической CAD-моделью в PTC Creo 3.0, так и между модулями для расчёта задач механики и гидродинамики, склонила команду к использованию ANSYS Workbench и Fluent в качестве численных инструментов для проектирования.

ANSYS - Окончательная форма корпуса и конструкция новой лодки под названием LED (Linen Epoxy Dinghy) были получены путем итерационных расчётов на базе исходной классической формыОкончательная форма корпуса и конструкция новой лодки под названием LED (Linen Epoxy Dinghy) были получены путем итерационных расчётов на базе исходной классической формы с учетом предварительных допущений о скорости ветра и условий плавания. Результаты гидродинамического расчета (давление на парус, корпус и его элементы) были использованы в качестве условий нагружения для конечноэлементного расчета. Оценка влияния свободной поверхности воды в расчетах корпуса лодки выполнена при помощи метода объёма жидкости (Volume of Fluid) на сетке конечных элементов высокого качества в форме гексаэдра. Также были исследованы различные конфигурации парусов и элементов корпуса.

При помощи модуля ANSYS Composite PrepPost (ACP) была получена реалистичная модельЕсли говорить о гидродинамическом расчете, то его целью было определить наиболее удачную внешнюю форму паруса, корпуса и его элементов. В то же время, целью расчета по методу конечных элементов была оптимизация внутренних силовых элементов корпуса. Прежде всего, команда Zyz sailing team разработала и изготовила экологически чистый материал для корпуса – сендвич-панели на основе пробкового наполнителя и льняной ткани. Материал, выбранный для внутренних силовых элементов, – фанера из дерева окумё (okoumè). При помощи модуля ANSYS Composite PrepPost (ACP) была получена реалистичная модель корпуса лодки с симметричной схемой укладки слоёв сендвич-панели, эта модель была использована для дальнейших расчетов в ANSYS Mechanical. Для начала, был выполнен статический анализ исходной конструкции, в котором были учтены результаты гидродинамического расчёта, а также  нагрузки на мачту и ванты от оснастки. Первые результаты расчета показали расположение наиболее нагруженных зон на корпусе и его силовых элементах. В итоге, была разработана окончательная конструкция лодки LED, дальнейшее изготовление которой проходило в лабораториях Палермского университета с использованием метода вакуумной инфузии.

ANSYS - корпус лодки состоит из сэндвич-панелей на основе пробкового наполнителя и льняной тканиДалее команда решила создать экспериментальный стенд, преследовавший сразу две цели: оценка результатов, полученных с помощью метода конечных элементов, и разработка системы мониторинга нагрузок на лодку в режиме реального времени. Для этого в зонах наибольших деформаций, определенных по результатам расчета, были установлены единичные тензодатчики и розетки. Принимая во внимание то, что корпус лодки состоит из сэндвич-панелей на основе пробкового наполнителя и льняной ткани, определение компонентов главной деформации на внутренней поверхности обшивки выполнялось при помощи четырех тройных розеток тензодатчиков с дополнительной розеткой для температурной компенсации. Для определения максимальной величины деформации на поперечных и продольных силовых элементах, сделанных из фанеры, были установлены четыре одиночных тензодатчика и один тензодатчик для температурной компенсации. По результатам проведенных в лаборатории исследований было установлено хорошее согласование расчетных и экспериментальных значений.

Итак, данный проект характерен комплексным использованием инструментов численного моделирования от ANSYS: ANSYS Fluent для выполнения гидродинамического расчета корпуса, парусов и оснастки; ANSYS Composite PrepPost для реалистичного воспроизведения свойств экологически чистого материала сэндвич-панелей; ANSYS Mechanical для определения деформированного состояния силовых элементов. В результате получена довольно легкая и жесткая конструкция парусной лодки LED, которая может успешно составить достойную конкуренцию на соревнованиях в своем классе.

Справка об авторах:

Antonio Mancuso – профессор кафедры проектирования и методов расчета в инженерии (Университет Палермо, Италия), лидер команды Zyz. Сферами его интересов являются методологии проектирования и оптимизации конструкции, проектирование парусных яхт и численное моделирование.

Giuseppe Pitarresi – профессор кафедры сопротивления материалов и деталей машин (Университет Палермо, Италия), в команде Zyz занимается определением свойств материалов. Основными сферами научной деятельности являются: экспериментальное исследование полей напряжений, методы неразрушающего контроля, определение механических свойств полимеров и композиционных материалов на их основе.

Davide Tumino – ассистент кафедры проектирования и методов расчета в инженерии (Университет ”Kore” в городе Энна, Италия), в команде Zyz занимается проектированием и определением размеров конструкции. Интересуется методологиями проектирования и оптимизации конструкции, проектированием парусных яхт и численным моделированием.

 

Источник: http://www.ansys-blog.com/zyz-sailing-team-designs-using-ansys/
Автор:   Antonio Mancuso и др.

Понравился материал? Подпишитесь, чтобы быть в курсе событий

Facebook

Linkedin

Софт Инжиниринг Групп
© 2019 ANSYS | Софт Инжиниринг Групп. All rights reserved
Тел. +38 044 494 4460 | карта сайта

ansys certified channel partner

Search