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文檔簡介
1、STAR-CCM+ 軟件采購單一來源論證報告船舶與海洋工程學(xué)院2019 年 11 月一軟件名稱: STAR-CCM+西門子工業(yè)軟件(上海)有限公司是Siemens 公司在中國的全資子公司。Siemens 是全球領(lǐng)先的多領(lǐng)域工程仿真 (CAE)解決方案供應(yīng)商, 在工業(yè)仿真領(lǐng)域有超過35 年的實際工程經(jīng)驗,不僅提供軟件的開發(fā),而且拓展到了包括CFD和 FEA 等 CAE領(lǐng)域的工程服務(wù)。 STAR-CCM+是Siemens 開發(fā)的新一代CFD軟件,屬于 Siemens 擁有獨立知識產(chǎn)權(quán)的軟件包,它采用了最新的IT 和 CFD技術(shù),繼承并發(fā)展了Siemens 公司多年來在 CAE行業(yè)的經(jīng)驗與成果。 S
2、TAR-CCM+在全球超過 8000 多個用戶。該軟件包含有幾何建模、模型前處理、計算執(zhí)行及計算結(jié)果后處理與分析一體化的集成環(huán)境,能夠提供復(fù)雜幾何的處理能力,減少表面網(wǎng)格和體網(wǎng)格的準(zhǔn)備時間,提供廣泛的物理模型來解決跨學(xué)科的綜合工程問題。尤其是其先進的動網(wǎng)格技術(shù)和高效的網(wǎng)格劃分效率被工業(yè)界廣泛認可。在船舶行業(yè)中的主要應(yīng)用有:船舶阻力、自航計算;螺旋槳敞水性能、空泡計算、節(jié)能裝置計算;船舶操縱性計算;船舶及海洋結(jié)構(gòu)物耐波性計算等。二軟件模塊及功能, License 形式1 版本號: STAR-CCM+ 2019.12 License形式:網(wǎng)絡(luò)浮動版3 軟件模塊ModulesDescription
3、(描述)No.Price(模塊)(數(shù)量)(價格)STAR-CCM+STAR-CCM+ Powersession 包含幾何參數(shù)化建模,自動網(wǎng)格劃分、POWERSESSION 多物理場求解和專家級后處理整個仿真流程的所有功能,并且其1網(wǎng)絡(luò)浮動版不限并行計算規(guī)模。4 軟件功能(一)、 STAR-CCM+ 可以在單個工作界面集成整個仿真流程,是一款真正的幾何處理、網(wǎng)格劃分、求解器、后處理完全一體化環(huán)境的軟件。在做幾何多參計算、部件替換流場計算方面,高度自動化,大大提高多參流場計算效率。 其模擬環(huán)境提供執(zhí)行工程分析所需的所有階段,其包括導(dǎo)入并創(chuàng)建幾何、網(wǎng)格生成、控制方程求解、結(jié)果分析、設(shè)計探索研究模擬工
4、作流程自動化、連接其他CAE 軟件進行協(xié)同仿真分析?;诠ぷ髁鞒套詣踊琒TAR-CCM+在工作效率方面遠超其他同類產(chǎn)品,被工業(yè)界廣泛認可。(二)、除了自帶 3D-CAD 建模功能外, STAR-CCM+ 能夠?qū)胧袌錾蠋缀跛兄髁魅S建模軟件的數(shù)據(jù)格式文件, 并擁有包含包面, 幾何表面手工修復(fù), 網(wǎng)格質(zhì)量檢查等高效的前處理功能。運用 STAR-CCM+ 能夠檢查導(dǎo)入幾何模型的表面錯誤, 可手動或者通過包面技術(shù)修復(fù)CAD導(dǎo)入表面的穿刺、干涉、重疊、縫隙、小漏洞等錯誤。在工業(yè)級別的CFD 應(yīng)用中,前處理的網(wǎng)格生成部分往往占據(jù)了整個項目工作的大多數(shù)人工時間,而其中又以表面處理部分為甚。STAR-C
5、CM+ 的包面( Surface Wrapper)技術(shù)可以自動地將復(fù)雜幾何形體處理成完全拓撲封閉的、無任何泄漏的表面,以生成計算域的體網(wǎng)格。此外, STAR-CCM+能夠全自動進行面網(wǎng)格重構(gòu)并生成體網(wǎng)格,體網(wǎng)格有四面體、切割體及多面體 3 種格式,而 STAR-CCM+ 提倡的多面體網(wǎng)格更是目前CFD 行業(yè)發(fā)展的一個趨勢。多面體網(wǎng)格由于正交性較好, 它既具有和六面體網(wǎng)格相近的精確度,也具有和四面體網(wǎng)格一樣易于自動化生成的特點。STAR-CCM+能夠直接生成多面體網(wǎng)格,可以對網(wǎng)格進行靈活操作,比如通過面網(wǎng)格加密或者控制體進行網(wǎng)格加密等。(三)、對于因物體的變形和相對運動引起的動網(wǎng)格問題,STAR
6、-CCM+ 提供網(wǎng)格變形( Morpher)和嵌套網(wǎng)格 (Overset Mesh)兩種方法。網(wǎng)格變形技術(shù)用于計算變形及包含運動的計算,通過類似彈簧光順的方法來考慮網(wǎng)格的變形。 設(shè)置參數(shù)簡單, 不需要對網(wǎng)格參數(shù)進行控制。而特有的嵌套網(wǎng)格技術(shù)通過多套網(wǎng)格之間的數(shù)值插值計算, 避免了網(wǎng)格變形引起的網(wǎng)格質(zhì)量下降,進而避免可能的計算發(fā)散和精度損失問題。 利用動網(wǎng)格技術(shù)可以更加高效、 便利的模擬復(fù)雜的運動和運動物體,如水彈性、螺旋槳旋轉(zhuǎn)、操舵、船舶或海洋結(jié)構(gòu)物在波浪上的運動響應(yīng)等問題。(四)、 STAR-CCM+ 可通過選用物理模型輕松定義各種波浪,無需任何二次開發(fā)。STAR-CCM+ 提供幾種波浪模型
7、,應(yīng)用于初始化和邊界條件設(shè)定,并可以隨意定義傳播方向:線性一階波浪非線性 Stokes5階波浪Pierson-Moskowitz 和 JONSWAP 波譜 (ITTC 波譜,長峰不規(guī)則波)任意方向傳播,振幅和周期的線性波疊加(不規(guī)則波浪海域)STAR-CCM+利用二階時間差分格式可以精確模擬波浪船舶,并可以定義波浪阻尼及壁面反射波等。(五)、通過調(diào)用 STAR-CCM+ 的 DFBI (Dynamic Fluid Body Interaction) 模型可以計算物體的任意自由度方向上的運動狀態(tài)并實時更新,且可通過定義懸鏈線和彈簧計算浮體的系泊,該模型無需任何二次開發(fā)或者GUI 語言,僅需要設(shè)置
8、浮體的質(zhì)量,重心坐標(biāo)和轉(zhuǎn)動慣量。(六)、船舶實尺度模擬是目前學(xué)術(shù)界和船舶工業(yè)界非常熱門的研究課題,各大船級社和研究機構(gòu)均成立課題組做實尺度計算的分析與驗證,在國外已經(jīng)有部分設(shè)計單位將實尺度計算替代模型尺度計算應(yīng)用于實際的開發(fā)項目中,尤其是節(jié)能裝置的研發(fā)中, 其中大部分項目選用STAAR-CCM+ 作為 CFD 仿真工具。英國勞氏船級社在2016 年 11 月舉辦 Full Scale Workshop,邀請業(yè)內(nèi)研究機構(gòu)盲算一艘有實尺度試航實驗的散貨船, 計算內(nèi)容包括靜水阻力、 螺旋槳敞水、航速預(yù)報和螺旋槳空泡計算。該研討會共收到來自 19 家單位共 60 個計算結(jié)果,其中 12 家單位選用 S
9、TAR-CCM+ 作為 CFD 工具,在和實驗結(jié)果比較中, STAR-CCM+ 的計算精度能夠達到2%。(七)、 STAR-CCM+軟件更新- 新增勢流和粘流耦合求解的高階模塊- 新增求解完整的 Rayleigh 方程的空泡模型- 提升面網(wǎng)格劃分質(zhì)量- 在 Repair Surface 中新增搜索和選擇功能- 新增不帶體網(wǎng)格的 6 自由度運動模型- 新增嵌套網(wǎng)格中邊界層的自由優(yōu)化功能- 新增 VR后處理功能- 新增 PLMXML文件導(dǎo)入功能- 新增設(shè)計管理器平行繪圖功能三其他科研院所及客戶同類軟件配置及使用情況(一)、目前 STAR-CCM+軟件被廣泛應(yīng)用于各種研究機構(gòu)和高校。國內(nèi)使用 STA
10、R-CCM+軟件的主要客戶等大致如下:序號用戶1江南造船廠2大連船舶重工集團3上海船舶設(shè)計院(SDARI)4廣船國際5上海交通大學(xué)6大連中遠7702 所8705 所9708 所10711 所11712 所12715 所13大連理工大學(xué)14哈爾濱工程大學(xué)15上海船舶研究設(shè)計院16集美大學(xué)17上海船舶運輸科學(xué)研究所四購置的必要性1、對學(xué)科建設(shè)的支撐作用海洋工程與技術(shù)專業(yè)是我校為迎合我國海洋工程裝備大發(fā)展于 2011 年新增本科專業(yè),該專業(yè)旨在培養(yǎng)德、智、體等諸方面全面發(fā)展,基礎(chǔ)扎實,知識面廣,能適應(yīng)社會發(fā)展的需要,具備現(xiàn)代海洋工程裝備設(shè)計、 研究、建造的基本技能和管理基礎(chǔ)知識, 計算機編程及應(yīng)用能
11、力,能在海洋工程裝備設(shè)計、研究、制造、檢驗、使用、教育和管理等部門從事技術(shù)和管理方面工作的海洋工程學(xué)科高級工程技術(shù)人才, 尤其側(cè)重為國內(nèi)各大海洋工程企業(yè)和地方海洋工程企業(yè)培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、 專業(yè)知識面廣、 動手能力強、具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應(yīng)用型、 復(fù)合型人才。我校船舶與海洋工程學(xué)院的“船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計制造”學(xué)科為國家重點學(xué)科培育建設(shè)點、“十五”、“十一五”江蘇省重點學(xué)科。 “船舶與海洋工程”一級學(xué)科于 2008 年 7 月獲批江蘇省首批一級學(xué)科重點學(xué)科。而且船舶與海洋工程專業(yè)是國家特色建設(shè)專業(yè)、國防科工委重點建設(shè)專業(yè)、江蘇省品牌專業(yè),同時也是江蘇省船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會秘書處以及江蘇省船舶先進制
12、造技術(shù)中心掛靠單位。目前我國海洋工程興起投資建造熱潮從鉆井設(shè)備和采油設(shè)備的生產(chǎn)商來看,大多數(shù)都是日本、韓國、新加坡的船企;從設(shè)計商來看主要是美國、挪威、荷蘭;在承包商方面主要是美國。我國在海洋工程設(shè)計、建造、承包等方面的實力均還比較薄弱。但是,海洋工程行業(yè)的高利潤絕對是一個值得深挖的 “金礦 ”,海洋工程未來發(fā)展的空間還相當(dāng)大,急需大批海洋工程方面的專業(yè)人才。國家目前已對海洋工程相當(dāng)重視,投入大量的資金來提高該領(lǐng)域的研究水平,船舶與海洋學(xué)院已經(jīng)專門成立了海洋工程專業(yè)來順應(yīng)目前的形式。海洋工程與技術(shù)卓越工程師計劃通過校級論證,如 海洋工程與技術(shù)新增本科專業(yè) 2011 年獲得批準(zhǔn),計劃于 2011
13、 年開始招生。需要較完善的海洋工程軟件對其進行教學(xué)支撐。所以購買船舶與海洋工程領(lǐng)域的STAR-CCM+ 軟件新增模塊能( 1) 有利于“ 海洋工程與技術(shù)卓越工程師培養(yǎng)計劃 ”的順利實施;( 2) 有利于 STAR-CCM+ 軟件功能的完善 ;( 3) 加速“船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計制造”學(xué)科成為國家重點學(xué)科的進程;( 4) 鞏固“船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計制造”為江蘇省重點學(xué)科和一級學(xué)科重點學(xué)科的地位;( 5) 加強船舶與海洋工程專業(yè)為國家特色建設(shè)專業(yè)、 國防科工委重點建設(shè)專業(yè)和江蘇省品牌專業(yè)的地位;( 6) 有利于我院省級 “船舶與海洋工程實驗教學(xué)示范中心” 的建設(shè)和國家級 “船舶與海洋工程實驗教學(xué)示
14、范中心”的申報成功;( 7) 有利于我院海洋工程專業(yè)學(xué)科教學(xué)的需求;( 6) 提升船舶與海洋工程的學(xué)科建設(shè)水平,大幅度提高相關(guān)人才的培養(yǎng)質(zhì)量;( 7) 有利于船舶與海洋工程專業(yè)學(xué)生的就業(yè)競爭能力。2、為本科教學(xué)及研究生培養(yǎng)提供必要的條件新增設(shè)“海洋工程與技術(shù)”新專業(yè)及“卓越工程師計劃”需要更新更全的船舶與海工軟件對其進行支撐。目前,我校的船舶與海洋工程專業(yè)中在專業(yè)培養(yǎng)方案中也開設(shè)了關(guān)于船舶與海洋工程專業(yè)方向?qū)S糜嬎銠C軟件的教學(xué)與學(xué)生上機相結(jié)合的教學(xué)課程,其中STAR-CCM+軟件是開設(shè)該課程的必要條件, 同時,在研究生培養(yǎng)過程中, 越來越多的研究生從事海洋工程方向的研究課題,而這些課題絕大多數(shù)
15、都需要STAR-CCM+ 軟件的支撐。此外,各主要學(xué)生就業(yè)單位也反饋了對學(xué)生掌握該軟件使用技能的需求信息。因此為了培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)軟件的掌握程度,提升我校在該方向培養(yǎng)人才的質(zhì)量,該軟件的購買勢在必行。部分課程匯總表項目名稱1 海洋平臺強度2 海洋平臺設(shè)計原理3 海洋工程基礎(chǔ)4 船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計方法5 海洋工程平臺設(shè)計原理6 海洋工程環(huán)境學(xué)3、為科學(xué)研究提供基礎(chǔ)研究條件目前,全球范圍內(nèi)的能源緊缺、使得海洋石油開發(fā)活動不斷加強,各類海洋鉆采平臺和供應(yīng)船的需求大幅上升。中國海洋工程的設(shè)計和建造市場發(fā)展也十分看好,其中僅山東省手持海洋鉆井平臺及其配套裝備的合同金額就高達200 億元。重點實驗室的建設(shè)和相關(guān)課
16、題的申報和研究都很需要STAR-CCM+軟件作為技術(shù)保障,而申報和做這些項目的前提是我校有STAR-CCM+軟件較全的版權(quán)。而且目前我院也有很多相關(guān)課題的研究正在使用該軟件。所以,STAR-CCM+ 軟件新增模塊的購買為在船舶與海洋工程領(lǐng)域內(nèi)開展順應(yīng)形式發(fā)展的領(lǐng)先研究奠定了必不可少的基礎(chǔ)。4、預(yù)期效益分析( 1)教學(xué)方面:船舶與海洋工程專業(yè)的教學(xué)中都可涉及到 STAR-CCM+軟件的教學(xué)和學(xué)生上機實踐,每年本科生的畢業(yè)設(shè)計都大量使用該軟件。該軟件也是海洋方向的本科生的主要大型應(yīng)用軟件之一。而且相關(guān)專業(yè)研究生的畢業(yè)論文也可使用該軟件作為技術(shù)支撐。特別是新增設(shè)“海洋工程與技術(shù)”新專業(yè)及“卓越工程師
17、計劃”更需要較全功能STAR-CCM+ 軟件作為保障。所以購買和繼續(xù)使用該軟件對加強和提高學(xué)生對船舶與海洋工程的計算、分析和研究能力非常有益的,同時還提高了我校相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的教學(xué)水平,培養(yǎng)了學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新能力;還可以改善青年教師人才培養(yǎng)的創(chuàng)新條件,為今后博士點的建設(shè)打下良好的基礎(chǔ)。( 2)科研方面 :我院使用 STAR-CCM+ 軟件已做了較多的科研工作,通過此次STAR-CCM+軟件模塊的新增,我院廣大教師可以該研究中心為平臺申報國家、省級和其它相關(guān)科研項目,這將對我院乃至學(xué)??蒲心芰Φ奶岣咦龀鲆环葚暙I。( 3)對外服務(wù)由于承擔(dān)了對外培訓(xùn)任務(wù),我??梢约訌娕c眾多海工企事業(yè)乃至學(xué)校的聯(lián)系,同時可以帶來一定的經(jīng)濟效益。在另一方面將擴大海工專業(yè)畢業(yè)生與企業(yè)的聯(lián)系。五單一來源的必要性目前我校船海學(xué)院重點實驗室的建設(shè)和相關(guān)課題的申報、研究都需要
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