Orca 3D – Estudiantes - Design/Analysis

Orca3D Marine CFD: 

Orca3D Marine CFD es la combinación del plug-in de diseño naval Orca3D para Rhino y el software CFD Simerics-MP (Multi-Purpose), para proporcionar una solución CFD rápida, precisa y fácil de usar para el arquitecto naval. Mediante la combinación de una interfaz especializada en Orca3D y una plantilla marina personalizada en SimericsMP, hemos puesto al alcance del diseñador un conjunto de herramientas de análisis asequibles, potentes y de eficacia probada, sin necesidad de convertirse en un especialista en CFD.

Vea los seminarios web de Orca3D Marine CFD:

• Mejorando su diseño con Orca3D Marine CFD
• Visión general de Orca3D Marine CFD

Lea CFD en la pequeña oficina de diseño de Professional Boatbuilder Magazine #194 (Dic/Jan 2022) y V2 Marine Design - an Orca3D Marine CFD Success Story.

¿POR QUÉ UTILIZAR CFD?

• Elimine o reduzca el coste y el calendario de las pruebas de modelos
• Mejorar el rendimiento del buque
• Aumentar la confianza del cliente en el rendimiento de su diseño
• Analizar buques que no son apropiados para los métodos paramétricos tradicionales

CON EL PAQUETE ORCA3D MARINE CFD, PUEDE

• Ejecutar análisis de resistencia y autopropulsión para cascos de desplazamiento y planeo
• Analizar monocascos y multicascos, con o sin apéndices
• Incluir cualquier tipo de características del casco (por ejemplo, escalones, aletas de trimado, etc.) Análisis de inestabilidad dinámica longitudinal (porpoising) para cascos de planeo
• Cálculo de líneas de corriente de agua y aire

LAS PRINCIPALES VENTAJAS DEL PAQUETE ORCA3D MARINE CFD SON:

• Fácil de ejecutar con confianza, sin necesidad de ser un especialista en CFD.
• Comparación con cascos propios y de dominio público, con datos a escala real, pruebas de modelos y otros códigos de análisis, con excelentes resultados.
• Solver rápido; utiliza todos los núcleos disponibles en el ordenador (hasta 16 núcleos incluidos en el precio base; núcleos adicionales disponibles por un suplemento)
• La capacidad multifase modela con precisión el comportamiento de la superficie libre
• Malla de volumen CFD automatizada en Simerics, utilizando mallas de superficie Rhino como entrada.
• Configuración automatizada del dominio y de la zona de refinamiento de ondas, basada en datos de Orca3D.
• Transformación de la malla del dominio a medida que el buque se balancea y cabecea.
• Animaciones de los resultados de la simulación (por ejemplo, aceleración del buque, porpoising)
• Visualización 2D/3D del comportamiento de la simulación, incluida la presión dinámica, la elevación de las olas, el hundimiento y el trimado, etc.

Hidrostática avanzada y estabilidad:

Modelado de compartimentación, definición de cargas fijas y de fluidos, análisis de estabilidad intacta y dañada con efectos de superficie libre, evaluación de criterios de estabilidad, tablas de capacidad de tanques y mucho más, todo dentro de Rhino. No es necesario importar ni exportar el modelo.

Basándose en el motor de cálculo de Hidrostática y Estabilidad Básica de Orca3D, la función de Estabilidad Avanzada comienza con la creación de un modelo de compartimentación completo del buque con tanques, compartimentos estancos y compartimentos no estancos. A continuación, se definen los casos de carga con cargas fijas y fluidas, tras lo cual pueden ejecutarse los análisis hidrostáticos, de estabilidad y de evaluación de criterios de estabilidad, con salida a informes formateados, así como exportación a Excel, Word y PDF.

Al igual que con otras funciones de Orca3D, los modelos de casco importados de otro software o creados en Rhino sin Orca3D pueden utilizarse para crear modelos de compartimentación igual que si el casco se hubiera creado con Orca3D.

Dado que Orca3D calcula las propiedades hidrostáticas basándose en el modelo de superficie utilizando la integración tridimensional de volúmenes en lugar de la integración de estaciones, realmente no hay límite para el tipo de buque u objeto que puede analizar. Orca3D es especialmente útil para modelos que no tienen forma de buque, en los que el enfoque tradicional de integración por estaciones puede resultar complicado.

COMPARTIMENTACIÓN.

La compartimentación comienza con un modelo compuesto por una o más superficies sólidas cerradas y/o polisuperficies. A continuación, el modelo se subdivide en tanques y compartimentos mediante planos sencillos que incluyen mamparos transversales y longitudinales y cubiertas horizontales. Para formas más complejas se puede utilizar cualquier geometría de Rhino como subdivisor, incluyendo objetos cerrados que estén completamente dentro del casco, objetos que intersecten el casco e incluso curvas que se extruirán.

Una vez creados los compartimentos, se establecen sus propiedades. Esto puede incluir definir el compartimento como un tanque y seleccionar el contenido y la permeabilidad por defecto. O puede ser definir el compartimento como no estanco, como en el caso de la superestructura que se incluye en el modelo para los cálculos del momento escorante del viento y/o los estudios del área/volumen del compartimento.

CASOS DE CARGA:

Los Casos de Carga definen una condición particular del buque para el análisis. Se trata de una combinación de cargas fijas (peso del buque, carga, tripulación y efectos, etc.) y cargas de fluidos en los tanques. Las cargas de los tanques pueden especificarse por % de llenado, sonda, llenado o volumen. El método para calcular la superficie libre del tanque puede especificarse como un desplazamiento real del centro de gravedad del fluido debido a la escora y el trimado, o el enfoque tradicional utilizando una elevación virtual del centro de gravedad. El editor de Casos de Carga de Orca3D permite anular el contenido de fluido y la permeabilidad por defecto de cualquier tanque individual, así como definir el estado del tanque como Intacto, Dañado o Congelado.

El editor de casos de carga también le permite resolver inmediatamente la condición de flotación de equilibrio para cualquier carga de tanque, cargas fijas y estado de compartimento, y tiene opciones para anular el peso calculado y/o el centro de gravedad. La condición de flotación de equilibrio también puede especificarse por Hundimiento, Ajuste y Escora y se calculará un peso residual y su centro de gravedad para alcanzar esa condición.

ANÁLISIS

Utilizando uno o más Casos de Carga, se pueden ejecutar varios análisis:

Hidrostática - Resuelve la flotación de equilibrio e informa de todos los datos hidrostáticos. Estabilidad - Hidrostática como arriba y añade datos de brazo adrizante en un rango de ángulos de escora especificado por el usuario. También se informa de la altura sobre el plano de flotación para cualquier Punto de Interés que se haya definido.

Evaluación de Criterios de Estabilidad - Estabilidad como en el caso anterior y añade la evaluación automática de un conjunto de criterios de estabilidad seleccionados por el usuario, incluyendo momentos escorantes, hundimiento, inmersión en línea de margen y borde de cubierta, y cálculos de francobordo.

Se generan informes completos, que pueden imprimirse o exportarse en formatos como PDF, Word y Excel. Además, los datos pueden exportarse a archivos .csv para importarlos a Excel para su posterior análisis.

PUNTOS Y CURVAS DE INTERÉS.

Los puntos de interés (puntos Rhino) y las curvas de interés (curvas Rhino) pueden definirse para su uso como puntos de flotación descendente, línea de margen o curvas de borde de cubierta para el Análisis de Criterios de Estabilidad. La altura sobre el plano de flotación de todos los Puntos de Interés se comunica para cada condición de flotación durante un análisis.

STABILITY CRITERIA AND HEELING ARMS/MOMENTS

Orca3D can evaluate your vessel against stability criteria in any Loading Condition. Orca3D is delivered with some predefined sets of criteria, and it’s easy to add or edit your own using a the stability criteria definition form. The report will show Pass/Fail and document the important quantities such as angle at downflooding, righting arm at GZmax, angle of GZmax, etc.

Los brazos y momentos de escora pueden definirse con vientos de costado, vientos de costado con balanceo, momentos debidos a la elevación de pesos sobre el costado, aglomeración de pasajeros o pesos desplazados, tracción de la sirga, giro a alta velocidad o cantidades personalizadas. Los momentos de escora por viento pueden utilizar automáticamente el área proyectada del modelo o una curva de Rhino, o se puede especificar el área y el centroide.

REPORTING.

Each analysis includes a formatted report documenting the input to the analysis and the results. The report may be printed directly or exported to PDF, Word, Excel, and other formats. In addition, analysis results may be saved directly to a .csv file for further analysis in Excel.

TABLAS DE TANQUES E INFORME DE ÁREA/VOLUMEN.

Las tablas de tanques se generan fácilmente con un recorte y escora especificados por el usuario. Las cantidades de entrada pueden incluir porcentaje de llenado, volumen, masa, sondeo o margen de llenado. El sondeo y el margen de llenado utilizan tubos de sondeo que se generan automáticamente cuando se define un tanque, pero pueden definirse tubos de sondeo personalizados dibujando una polilínea en Rhino para representar el tubo de sondeo.

La salida puede incluir todos los tanques, todos los tanques y compartimentos, o sólo los tanques y compartimentos seleccionados, y el informe se escribe directamente en Excel o en un archivo .csv.

Un informe de Área/Volumen se genera fácilmente en formato de texto, .csv, o XML. Se incluyen los detalles de cada tanque y compartimento, como el área total, el área de cubierta, el volumen, el centroide y, para un tanque, el contenido y la permeabilidad.

ACTUALIZACIÓN DE LA GEOMETRÍA DEL CASCO

Dado que el historial de subdivisión de un modelo se guarda a medida que se construye, si es necesario modificar la geometría del casco después de crear el modelo de compartimentación, Orca3D puede intercambiar la nueva geometría del casco manteniendo la información de compartimentación, si la nueva geometría no la invalida.

SCRIPTING.

La creación de un modelo de compartimentación, la definición de los casos de carga y la ejecución de los análisis pueden automatizarse mediante scripts. Para facilitar este proceso, el historial de compartimentación de un modelo se guarda a medida que se construye interactivamente. Este historial puede exportarse a un archivo de texto que puede editarse y volver a ejecutarse para realizar cambios. Las secuencias de comandos también permiten controlar el sistema con herramientas externas como ModelCenter.

Descubre las características de Orca 3D:

Hull Design & Fairing (Diseño del casco y carenado):

El diseño de una embarcación en Orca3D comienza con el modelo de casco. El diseño del casco es una combinación única de expresión artística y análisis de ingeniería, que se combinan para formar un proceso creativo para cumplir con los requisitos estéticos y de rendimiento de la embarcación.

El software que utiliza para transformar el casco de una idea a un modelo de ordenador en 3D debe enriquecer el proceso creativo, con la orientación proporcionada por análisis precisos y detallados. Con Orca3D, tiene total libertad para crear cualquier tipo de casco, comenzando con un concepto y siguiendo hasta el carenado final, mientras se asegura de que el casco cumpla con sus propiedades hidrostáticas adecuadas.

En Orca3D, el casco se crea como una superficie NURBS. Si bien Rhino proporciona muchas herramientas importantes de creación y edición de superficies, Orca3D agrega capacidades que son específicas para el diseño del casco, tales como:

• Asistentes de casco, para crear cascos instantáneamente de acuerdo con una variedad de parámetros de forma y medidas de entrada
• Fácil definición de las secciones que se mostrarán en la superficie de su casco; estaciones, secciones, líneas de flotación y otras curvas planas. El usuario puede especificar el color de estas secciones, junto con las capas sobre las que deben colocarse.
• Actualización en tiempo real de las secciones a medida que se modifica la superficie del casco
• Actualización en tiempo real de la hidrostática a medida que se modifica la superficie del casco
• Control sobre la forma del antepié del casco, asegurando una transición de curvatura continua desde la popa hasta la parte inferior
• Fácil posicionamiento de los vértices de control de la superficie, ya sea de forma interactiva o mediante el cuadro de diálogo de control de vértices de Orca3D

Se puede modelar cualquier tipo de casco y característica del casco. Los cascos se pueden crear como una sola superficie o, cuando sea apropiado, como múltiples superficies. Herramientas como mezclar, recortar y filetear brindan una enorme capacidad y flexibilidad.

Hydrostatics and Stability (Hidrostática y estabilidad):

El proceso de diseño del casco es más que simple estética; el casco debe cumplir con varios requisitos, incluidas las dimensiones generales, el desplazamiento, el centro de flotabilidad y la estabilidad. Por lo tanto, el proceso de diseño del casco y el análisis de la hidrostática y la estabilidad deben estar estrechamente relacionados. En Orca3D, el modelo para estas tareas es el mismo; el casco se diseña utilizando una o más superficies NURBS, y estas mismas superficies se utilizan en el cálculo de las propiedades hidrostáticas y de estabilidad. De hecho, están tan estrechamente vinculados que la hidrostática se puede actualizar en tiempo real, a medida que se modifica la superficie del casco.

¿Qué cálculos se incluyen?

Orca3D calcula la hidrostática intacta en una o más líneas de flotación, o múltiples combinaciones de desplazamiento/centro de gravedad. Además, en cada una de estas condiciones, se puede calcular la curva del brazo adrizante. Los valores calculados incluyen:

• Dimensiones generales y del plano de agua
• Valores integrados: volumen, desplazamiento, centro de flotabilidad, superficie mojada
• Propiedades del plano de flotación: área del plano de flotación, centro de flotación
• Datos de área de sección máxima
• Coeficientes de forma del casco: bloque, prismático, prismático vertical, sección máxima, plano de agua, superficie mojada
• Parámetros de estabilidad: inercias transversales, longitudinales y alturas metacéntricas
• Curva del brazo adrizante: brazo adrizante y ángulo de compensación frente al talón, altura de cualquier punto de interés por encima del plano de flotación

¿Qué tipo de embarcaciones se pueden analizar?

Debido a que Orca3D calcula las propiedades hidrostáticas basándose en el modelo de superficie, utilizando los primeros principios, realmente no hay límite para el tipo de recipiente u objeto que puede analizar. Monocascos, multicascos, embarcaciones con hélice o túneles de hélice de proa… básicamente todo lo que flota, o incluso se hunde, se puede analizar con Orca3D.

¿Qué salida está disponible?

La salida gráfica consiste en una superficie plana insertada en el plano de flotación de equilibrio, con LCB y LCF anotados.

Orca3D produce un informe que incluye datos tabulares en cada condición de flotación, así como gráficos de los parámetros apropiados. El informe se crea y se muestra mediante Microsoft Report Generator; el archivo puede imprimirse o guardarse en formato Adobe Acrobat® (pdf) o Microsoft Excel®. A continuación se muestran ejemplos de partes de la salida.

Parametric Speed & Power (Velocidad y potencia paramétricas):

"¿Qué tan rápido irá?" El módulo de análisis paramétrico de velocidad / potencia de Orca3D tiene dos métodos de predicción diferentes: el método Savitsky para predecir la curva de velocidad / potencia para cascos de lomo y el método Holtrop para predecir la velocidad / potencia para cascos de desplazamiento. Hemos integrado la biblioteca de predicciones de arrastre HydroComp para garantizar resultados fiables y precisos.

Rendering courtesy of Bedard Yacht Design, www.bedardyachtdesign.com

La mayoría de los parámetros de entrada requeridos se calculan automáticamente a partir de su modelo, aunque el usuario puede ingresar o anular los valores. Los resultados se generan rápidamente y se formatean profesionalmente, e incluyen verificaciones para garantizar la validez de los resultados. Se marcan todos los parámetros que están fuera de los rangos del método de predicción.

Los resultados del análisis se presentan en informes fáciles de leer, que incluyen un resumen de los datos de entrada, verificaciones de los parámetros de su diseño frente a los límites del método de análisis y datos de rendimiento frente a la velocidad. También se incluyen gráficos de varios parámetros y el informe completo se puede imprimir o exportar a Microsoft Excel o PDF.

Además de predecir el rendimiento, el análisis brinda información sobre cómo mejorar el rendimiento, con un análisis de reducción de arrastre. Se evalúan cuatro parámetros clave y se dan recomendaciones sobre ajustes para optimizar su diseño; Viga de cepillado, ángulo de subida, ubicación de LCG y ángulo del eje.

Weight & Cost (Peso y Costo):

El éxito de cualquier diseño depende de su peso y centro de gravedad (CG). Estos parámetros son fundamentales para la estabilidad, la velocidad, la capacidad de carga útil, el comportamiento en el mar, etc. Por lo tanto, el seguimiento del peso y del CG debe ser una parte fundamental de cualquier proceso de diseño.

El costo es otro factor crítico en el éxito de un diseño, y las buenas prácticas de ingeniería requieren que las consideraciones de costos estén estrechamente ligadas al proceso de diseño.

El módulo de seguimiento de peso / costo de Orca3D agrega valor a su modelo de Rhino asignando parámetros de peso y costo a los objetos en el modelo y resumiendo y presentando los datos.

Por ejemplo, a una superficie que representa una parte del casco se le puede asignar un peso por unidad de área y, a medida que se modifica esa superficie, el peso total y el centro de gravedad se actualizan automáticamente. El parámetro de costo se desglosa en costo de material y costo de mano de obra, y también se puede asignar por unidad de área. De manera similar, a las curvas se les pueden asignar valores por unidad de longitud, y los sólidos pueden tener valores por unidad de área o por unidad de volumen. Además, a las curvas, superficies y sólidos, así como a los objetos puntuales, se les puede asignar un valor absoluto de peso y / o costo, que no cambiará a medida que se modifique el objeto.

Para simplificar el proceso de asignación de valores de peso y costo a sus objetos, Orca3D incluye la capacidad de crear una biblioteca de materiales de stock y puede asignar un material de stock a los objetos en su modelo. Por ejemplo, puede crear una “placa de acero de 5 mm”, con un peso unitario por metro cuadrado, un costo de material por metro cuadrado y un costo de mano de obra / fabricación por metro cuadrado.