基本内容

Sesam软件

Sesam软件简介

DNV船级社的SESAM软件的核心是美国麻省理工学院开发的用于评估无航速浮体流体动力性能的计算软件WAMIT，采用基于自由面Green函数方法的频域零航速理论。 DNV软件部革命性的结构分析计算机程序SESAM对挪威海上油气开采业的迅速发展起到了至关重要的作用。SESAM-69自从最初发布已经走过了整整四十年。SESAM的故事要追溯到1956年，当时，加州大学伯克利分校的Ray W. Clough教授在挪威特隆赫姆的船舶研究中心进行了为期一年的学术休假。Clough在探讨一种新方法，找出针对结构分析的偏微分方程和积分方程的近似解，即有限元方法（FEM）。这一年早于有限元方法被广为接受的时间，甚至早于Clough教授提出“有限元方法”这一概念。Clough的访问揭开了加州大学伯克利分校与挪威技术学院之间长期合作的序幕。斯图加特大学的John H. Argyris 和加州大学伯克利分校的J.R. Pauling 教授都是有限元方法的先驱，他们对挪威的访问，帮助挪威技术学院和DNV创建并积累了有限元方法的专业知识。

1966年，当挪威技术学院的学生Pål Bergen参加Ivar Holand举办的首次“有限元方法”的课程时，DNV已经对有限元方法开始了一段时间的使用。不久以后，Pal Bergen为他的论文开始第一次编写通用的有限元程序。该程序命名为SESAM。Bergan希望通过允许灵活的输入和输出来扩展程序的应用范围。这个程序是在64kb内存的Univac 1107型计算机上完成的。

直到这个时候，船舶设计还主要根据经验方法，强度计算则采用解析求解的方法。但是随着超大型油轮的建造，设计工作越来越复杂，经验方法不足以应对这种情况。 DNV很快就认识到需要一款更强大的“有限元方法”程序。1968年，Bergan在特隆赫姆的工作引起了DNV的Trond Vahl，Eivald Roren和首席执行官Abrahamsen的注意。

1968年，Per Otto Araldsen代表DNV于从Bergan手中购买了SESAM，所支付的价格等于一位助理研究员的年薪——30,000挪威克朗（大约是4000美元）。事实证明，SESAM的购买是DNV的一个转折点，也是挪威船舶航运业的转折点。之后，DNV立即制定计划，投入36人年进行这项程序的开发，这在当时是史无前例的，当时平均一个项目可能只投入两名或三名员工。DNV团队在SESAM中加入了重要的多级超单元技术。后来这也演变为SESAM名字的“解释”：超单元结构分析模块组。

1969年，该程序的第一个商业版本SESAM-69发布了。那时候，市场上还有在NASA的支持下开发的美国软件程序Nastran。在二十世纪六十年代后期，波音使用Nastran进行了64000个自由度的分析。1970年，Per Otto Araldsen 和Eivald Roren参加了在俄亥俄州莱特-帕特森空军基地举行的有限元方法研讨会，并演示了最新的SESAM分析程序，业内很多人对此印象非常深刻。

挪威人采用SESAM-69对ESSO Norway号油轮进行了42万个自由度的分析，并与实际测量值进行了对比。这是SESAM真正的突破。SESAM采用了Nastran所没有的超单元技术。尽管当前最庞大的分析软件已经达到了800万的自由度，但是当时50万自由度的分析程序还是相当先进的。四十年前，大约需要几周才能完成50万自由度的分析，同时还要保证在12个小时内完成每个超单元的分析。

SESAM在海上油气产业的应用十分广泛。 1969年12月23日，挪威宣布发现了一处新油气资源。Ekofisk成为北海历史上最大的油田。SESAM正是设计Ekofisk油田所需的大型结构物的软件。在随后的几年中，SESAM发展成为海洋工程分析的行业标准。Ekofisk的油轮和几项大型深水混凝土海洋平台都采用了这项程序。北海的30个混凝土海洋平台几乎都采用了SESAM进行分析。

在二十世纪七十年代后期，新的工程开发项目要求编写全新的SESAM软件版本。第一代程序已经光荣引退了，新版SESAM是在二十世纪八十年代早期推出的。它引入了交互式图表几何建模方法和自动有限元网格生成技术，以及交互式图表后处理能力。Troll的大型固定式A平台（可以人为移动的最大结构物）和Heidrun（第一座混凝土张力腿浮式平台）都采用了该项程序。SESAM已发展成为海上油气开采项目的综合设计和分析工具。

在经历二十世纪八十年代的不断发展和完善之后，SESAM增加了水力分析能力，包括水力动力载荷的传递以及后续的结构分析。这版SESAM软件还包括导管架平台（目前最常用的海洋平台）的分析。SESAM现在已成为所有类型海洋结构物的通用型分析工具。

DNV在1991年开始了新一轮的研发。SESAM产品经理Ole Jan Nekstad介绍说，“我们那时看到市场需要建造全新的油气开采结构物。我们向几家石油和工程公司征求意见，了解他们对新一代SESAM的需求。”1994年正式启动了程序的研发，这一过程持续到1999年，目标是开发一款适应新世纪的分析工具。除了面向设计的统一用户界面外，还引入了高级概念建模技术。另外，在SESAM的强大分析能力之上还增加了系泊系统和柔性立管的分析功能。

进入新世纪后，SESAM研发重点是加强GeniE作为SESAM新建模程序的地位，在水力程序HydroD和DeepC中引入了新的图形用户界面。Nekstad解释说，“GeniE，HydroD和DeepC的成功取决于SESAM的一些核心程序，例如Sestra和Wadam等的不断完善。在过去的二十年中，SESAM已经发展成为全球广泛采用的船舶和海洋结构物的强度评估体系——我们非常自豪，这一工业领域中的大多数大型企业都是我们的客户。”

“如今，在经过半世纪的创新后，DNV首次对船舶和海洋结构物都采用同一建模程序，”Elling Rishoff介绍说，“我们对油轮、半潜平台、导管架平台、上部甲板模块和浮式生产储油系统采用相同的建模程序。这样我们的客户就可以在船舶和海洋结构设计项目中，灵活地分配的他们设计人员。针对SESAM的未来发展，我们已经制定了详细的计划。我们将利用GeniE的优势提高我们在导管架平台和改造船市场中的份额。我们将不断完善我们的技术，帮助客户进行载荷、响应、板壳及框架结构建造的分析，实现可持续工程。这就是DNV软件的独特之处。”Rishoff介绍说，“另一项重点关注领域是实现Proban与GeniE的集成——把建造的可靠性提高到一个新阶段”。

DNV软件也将开放系统，从而能把计算机辅助工程(CAE)解决方案方便地集成到目前船舶行业所采用的计算机辅助设计(CAD)系统。

从1969年开始，SESAM已经成为市场的领导者，是全世界海事业优选的结构设计分析工具。四十年的创新和服务已经让SESAM和DNV站到了海事软件开发的最前沿。

SESAM软件的组成和主要功能

SESAM软件包括三部分：DeepC（深水浮式系统锚泊耦合分析）、GeniE（固定式海洋平台板、梁结构分析）、HydroD（船舶与移动式海洋平台的水动力分析）。本论文主要应用GeniE部分对自升式平台进行结构建模、加载、边界元处理，最后进行静力计算及初步模态分析。