Altair E-compute 在船舶与海洋平台强度分析中的应用
杜之富 兰公英 滕瑶
(烟台中集来福士海洋工程有限公司,烟台,264000)
摘 要:整船或整个海洋平台的总体强度分析、疲劳强度分析, 局部结构强度分析,动态分析如碰撞分析等分析的计算量非常大,现有的计算资源处理这些工作有很大困难。Altair E-Compute 可以把公司现有的有限的资源组成集群协同工作,能最大限度地提升高性能计算资源的利用效率。以船舶碰撞分析为例,对比不同配置的计算资源计算运行时间,证明了 Altair E-Compute 在节省时间方面的优势。
关键词:Altair E-compute, PBS Professional, 海洋工程,船舶碰撞
Altair e-Compute 是一个基于网络的图形用户界面(Graphical User Interface ,简称 GUI),由此您可以在世界任何角落访问您的计算资源,方便地提交和监测计算密集型作业。
Altair e-Compute 的优点总结如下:
• 用户可以建立自治的配置文件,并在其中包含企业独有的协议,从而显著地简化作业的提交;
• 通过查看每用户、每小组、每项目使用的应用程序、RAM、CPU、磁盘空间等资源,对系统状况一目了然;
• 通过最大限度利用个人配置以及预配置管理文件, 自动化重复的多步骤的流程;
• 基于 web 浏览器的 GUI 界面降低了学习的难度,同时也提供了更安全的访问途经;
• 开放式的体系结构支持广泛的商业或者专业软件,包括 CAE ,生命科学,能源,生物学,化工以及金融业等等;
船体强度是指船舶或海洋平台的船体结构在规定条件下抵抗各种外力不致造成严重变形或破坏的能力,是研究船舶与海洋平台结构安全性的科学。进行船舶与海洋平台强度分析是为了确保其在遇到各种外力作用时,能够满足设计要求和安全航行,遇到偶然性事件是能保持必需的整体稳定性。船舶与海洋平台强度分析是船舶与海洋平台结构设计必不可少的任务之一。
无论是在船舶与海洋平台的基础设计阶段,还是在详细设计阶段和施工设计阶段,以及建造施工阶段,设计者们越来越重视对结构的强度、变形等进行分析,来确保结构能够满足各种规范的要求,同时也能达到结构优化的目的,如整船或整个海洋平台的总体强度分析、疲劳强度分析,局部
结构强度分析,动态分析如碰撞分析等。近年来,新型的高附加值的船舶和海洋平台不断涌现,现有的设计规范已不能完全满足设计要求,由于其基本上以船体梁理论以及大量经验公式为基础,存在一定的弊端和局限性。随着计算机硬件技术的飞速发展,特别是非线性有限元技术的日益进步和成熟,有限元数值仿真技术在船舶与海洋平台的分析研究中逐渐受到青睐。对船舶与海洋平台强度进行有限元分析是目前对船体结构强度分析的最合理、最精确的方法,已成为进行船舶结构设计必不可少的手段。众所周知,有限元分析结果的精度与网格大小有关,一般而言,网格划分越密,分析结果就越接近真实情况,反之,网格划分越粗燥,分析结果就高于实际情况。但是网格划分的太密,就意味着单元数目也会很多,这将会增加计算的时间和储存的空间,这就会对计算机硬件提出更高的要求。一般地,即使是大型的公司也不会花巨资建设高端计算平台,就目前公司的计算资源而言,可以进行上述分析工作,但是花费的时间就会很多。
Altair E-Compute 可以把公司现有的有限的资源组成集群协同工作,能最大限度地提升高性能计算资源的利用效率,可以节省计算耗时。以船舶碰撞分析为例,来说明 Altair E-Compute 在船舶与海洋平台的分析研究中的应用及其优越性。
随着海洋航运的迅速发展,大型的、新型的船舶与海洋平台数量急剧增加, 航速也是不断提高,海上航线也更加密集,这就使得船与船、船与海洋平台的碰撞的可能性大大增加。无论是经济上,还是环境污染方面,船舶碰撞导致的损失时巨大的。因此世界各国对碰撞问题越来越重视。在船舶设计阶段,对碰撞进行正确地、详细地分析是必不可少的。
船舶碰撞是船体结构在很短时间内在巨大冲击载荷作用下的一种复杂的非线性动态响应过程,它具有非常明显的动力特性。由于涉及到了非线性问题,有限元网格的大小对计算结果有很大的影响,为了得到比较接近真实值的结果,网格划分的比较小,从而大大增加了计算时间,同时也需要为计算结果提供更大的储存空间。
某被碰铺管船的主要参数如表 1 ,碰撞模型如图 1 所示:


此模型有 683479 个单元,考虑材料非线性和几何非线性,设置的计算时间为 0.5s。应用不同配置的电脑资源和 Altair E-Compute 分别计算了上述模型,对比所用的时间如下表表 2 所列。

从上表 1 可以看出应用 Altair E-Compute 可以大大节省计算运行的时间,降低了计算成本。还有就是 Altair E-Compute 可以同时运行多个任务,并行计算,而单机每次只能运行一个任务。
船舶与海洋平台的分析工作量是非常大的,利用现有的计算资源的运行时间会非常长,增加运行成本。利用 Altair E-Compute 可以同时运行多个任务,大大节省了计算运行时间,降低了运行成本。
[1] PBS Professional http://www.pbsworks.com
[2] Altair Engineering http://www.altair.com
The Application of Altair E-compute In Vessels and Offshore Platforms Strength Ana lysis
Du Zhifu Lan Gongying Teng Yao
Abstract: There is a large number of computing workload about global strength an alysis, fatigue strength an alysis, local structural strength ana lysis, dynamic ana lysis e.g. ship collision ana lysis. But it is very difficult to deal with these an alysis works using the computing resource in existence. Altair e-Compute could make the company's existing limited resources into a cooperative work group, and improve the efficiency of usage of high performance resources. Take the ship collision an alysis for example, the computing time using different computing resources is compared, and the advantage Altair e-Compute of in saving time is testified.
Keywords: Altair E-compute, PBS Professional, Offshore Engineering, Ship-collision
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