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海洋结构分析通用软件SAM
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1、软件概况

       针对国家“自主可控”和“软件自主化”顶层战略需求,在实验室领导和专家的指导下,科技处牵头整合702所在船舶结构相关专业的优势力量和研究成果,开展“海洋结构分析通用软件SAM(Structure Analysis of Marine structures)”的研发。

       海洋结构分析通用软件SAM,瞄准海洋结构物设计及优化对环境载荷、结构安全、振动噪声和爆炸冲击等基础性能智能预报和评估能力的新需求,由中国船舶科学研究中心联合国内优势力量研发的一款海洋工程领域内具有完全自主知识产权、高效并行且实现工程化应用的通用软件。


海洋结构分析通用软件SAM


SAM软件界面展示图


2、软件架构

       软件搭建了平台总体架构,形成了1平台(软件集成平台)+1核心(有限元求解核心)+4方向(环境载荷、结构安全、振动噪声、爆炸冲击)+N应用的软件总体架构,打通了有限元核心求解技术路线,结构线性和静力分析能力与常见同类商软基本一致。


SAM软件架构展示图


3、软件功能

       3.1 有限元求解

       包含静力分析、模态分析、稳态分析、瞬态分析和接触分析等结构有限元常用分析功能,通过统一数据接口支撑海洋结构分析各专业的评估和耦合,可实现:

       1. 基于增量迭代法的整体流程和开放式面向对象的架构设计

       2. 具备结构分析的各类基础库,支持自定义单元、材料等扩展

       3. 精度和商用结构CAE 软件相当


有限元模态分析结果展示图


       3.2 环境载荷评估

       基于复杂波浪环境水波模型、三维水弹性力学理论、系泊动力学、广义Wangner 方法和离散元法等理论,可实现:

       1. 复杂环境预报

       2. 波浪载荷预报

       3. 系泊系统动力分析

       4. 砰击上浪分析

       5. 冰载荷分析


环境载荷评估展示图


       3.3 结构安全评估

       基于理想结构单元法、累积损伤法、正交异性板弹性大挠度理论、遗传算法和逻辑模糊模型等理论,可实现:

       1. 极限强度分析

       2. 疲劳强度分析

       3. 屈曲强度分析

       4. 风险分析

       5. 优化设计


结构安全评估展示图


       3.4 振动噪声评估

       基于三维声弹性理论、统计能量法、动刚度法、功率流法和能量有限元法等理论,可实现:

       1. 结构噪声分析

       2. 隔振系统效能分析

       3. 舱室噪声分析

       4. 水下噪声分析

       5. 声目标强度分析


振动噪声评估展示图


       3.5 爆炸冲击评估

       基于水下爆炸理论、二阶双重渐进方法、密集模态分析方法和结构动力学等理论,可实现:

       1. 水下爆炸载荷预报

       2. 冲击环境预报

       3. 设备抗冲击评估

       4. 近场爆炸毁伤效应分析

       5. 碰撞和搁浅分析


爆炸冲击评估展示图


4软件特色

       自主化:有限元核心求解器、前后处理、评估子系统等完全自主知识产权,全套程序源代码;

       高精度:大量实验数据标定仿真参数,同步物理试验校核分析结果;

       专业化:包含海洋结构校核常用规范及大量行业专家经验积累;

       全面性:包含环境载荷、振动噪声、结构安全和爆炸冲击等专业方向,基本覆盖海洋结构常用分析需求;

       开放性:具备上下游软件接口,支持自定义材料、单元、规则等功能扩展;

       可靠性:按GJB5000A 产品开发模型研发,专业软件团队长期维护;


5研发历程



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SAM软件研发历程


       SAM软件V1.0版本

       ✔  1平台+1核心+4方向+N应用的软件总体架构基本搭建完成,具备试用条件;

       ✔  自主化结构有限元求解核心的初级功能基本实现;

       ✔  四大专业子系统全部具备求解能力;

       ✔  结构线性和静力分析能力与Abaqus基本一致;


       SAM软件V2.0版本

       ✔  初步增添了几何非线性和材料非线性分析功能,具备结构分析的5大分析功能;

       ✔  材料、单元、载荷、边界等基础功能点进一步扩充,包含100+可扩充的仿真功能点;

       ✔  计算效率大幅度提升,计算耗时降到1/3,内存消耗减少50%;

       ✔  结构线性和材料非线性精度与Abaqus没有误差;


       SAM软件V3.0版本

       ✔  初步实现典型船舶和海洋工程装备的自主化建模功能;

       ✔  进一步完善后处理功能;

       ✔  进一步完善有限元单元库和材料库;

       ✔  增加Nastran对标精度;

       ✔  继续丰富SAM软件专业评估模块;

       ✔  推动剪裁后的GJB5000A在SAM软件开发过程中的应用。


6、典型应用


大型散货船


双模块科考平台


海洋极大型浮体


大型舰船 大型集装箱船