Hydroelastic simulation of the acoustic behaviour of ship-propeller configurations with and without cavitation

有空化和无空化的船舶螺旋桨结构的声学行为的水弹性模拟

基本信息

项目摘要

Recently, noise pollution in the oceans due to ships has raised a lot of attention from the corresponding authorities. It is expected that the shipbuilding industry will have to take according actions - already at the design stage - for the sake of noise reduction, and also to comply with respective regulations that are expected in the near future.Having developed a numerical simulation approach that allows for a detailed investigation of the acoustic signature of flexible marine propellers in the first phase of the project, we aim to employ this approach in the scope of an optimization algorithm in the second phase of the project. The developed partitioned coupling of boundary elements (for the fluid sub-problem) and high-order finite elements (for the structural sub-problem) in combination with an acoustic evaluation based on the Ffowcs Williams-Hawking equation yields very efficient simulations. However, the fully coupled solution approach is still too costly to be used directly for optimization purposes. Accordingly, the focus of the second phase lies on the development of a suitable optimization process that incorporates uncoupled simulations, which will greatly reduce the computation time. Further, we plan to consider composite materials, as they offer a higher flexibility when designing propellers with passively adaptive deformation behavior that reduces the radiated noise.Accordingly, we aim at a multi-stage optimization process, where in a first stage, uncoupled hydrodynamic simulations are used to find optimal deformed shapes for propellers without actually considering their dynamic behavior. In a second stage, uncoupled structural simulations shall be used to find an initial propeller configuration (shape and composite structure), which yields the deformed shapes from the first stage when the hydrodynamic loads are applied. These two stages yield suitable initial guesses for a final stage, where coupled FSI simulations are used to further optimize the initial propeller configuration.
最近,船舶造成的海洋噪音污染引起了相关部门的高度重视。预计造船业将不得不采取相应的行动-已经在设计阶段-为了减少噪音,并在不久的将来遵守相应的法规。我们已经开发了一种数值模拟方法,可以在项目的第一阶段对柔性船用螺旋桨的声学特征进行详细的研究,我们的目标是在项目的第二阶段将这种方法应用于优化算法的范围。边界元(流体子问题)和高阶有限元(结构子问题)的分区耦合,结合基于Ffowcs Williams-Hawking方程的声学评估,产生了非常有效的模拟。然而,完全耦合解决方案的成本仍然太高,无法直接用于优化目的。因此,第二阶段的重点是开发一种合适的优化过程,其中包含非耦合模拟,这将大大减少计算时间。此外,我们计划考虑复合材料,因为它们在设计具有被动自适应变形行为的螺旋桨时提供了更高的灵活性,从而降低了辐射噪声。因此,我们的目标是一个多阶段的优化过程,在第一阶段,不考虑螺旋桨的动态行为,使用非耦合流体动力学模拟来找到最佳的变形形状。在第二阶段,对非耦合结构进行模拟应使用,以获得初始螺旋桨构型(形状和复合结构),该构型在施加水动力载荷时得到与第一阶段相同的变形形状。这两个阶段为最终阶段提供了合适的初始猜测,其中耦合FSI模拟用于进一步优化初始螺旋桨配置。

项目成果

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Advanced Methods for Partitioned Fluid-Structure Interaction Simulations Applied to Ship Propellers
应用于船舶螺旋桨的分区流固耦合模拟的先进方法
  • DOI:
    10.1115/omae2022-80507
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    J. Lund;D. Ferreira González;L. Radtke;M. Abdel-Maksoud;A. Düster
  • 通讯作者:
    A. Düster
A partitioned solution approach for the simulation of dynamic behaviour and acoustic signature of flexible cavitating marine propellers
柔性空化船用螺旋桨动态行为和声学特征仿真的分区求解方法
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2019.106854
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    T. Lampe;L. Radtke;M. Abdel-Maksoud;A. Düster
  • 通讯作者:
    A. Düster
Optimally Blended Spectral Elements in Structural Dynamics: Selective Integration and Mesh Distortion
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  • DOI:
    10.1080/17445302.2022.2069389
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    J. Lund;D. Ferreira González;J. C. Neitzel-Petersen;L. Radtke;M. Abdel-Maksoud;A. Düster
  • 通讯作者:
    A. Düster
Partitioned simulation of the acoustic behavior of flexible marine propellers using finite and boundary elements
使用有限元和边界元对柔性船用螺旋桨的声学行为进行分区模拟
  • DOI:
    10.1002/pamm.202000315
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    L. Radtke;T. Lampe;M. Abdel-Maksoud;A. Düster
  • 通讯作者:
    A. Düster
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知道了