深海環境向來是工程領域最嚴苛的挑戰之一。當載具下潛至數百公尺深度時，外部水壓可達數十倍於地表大氣壓；對潛艦而言，除了長時間承受高壓環境外，還需面對反覆下潛與上浮造成的循環載荷，甚至水下爆炸衝擊（Underwater Explosion, UNDEX）與長期服役疲勞。這些因素都直接影響船體結構完整性與任務安全。 在現代造船與國防航太領域中，潛艦工程無疑是最具挑戰性的極端多物理場考驗。潛艦長期服役於高壓、不可預測的深海環境，任何微小的結構缺陷都可能導致災難性的後果。傳統研發工作流中，如果等到實體原型製造完成、甚至在海試（Sea Trials）階段才發現結構設計瑕疵，往往必須面臨高昂且耗時的設計變更與製造後返工。 為了化解這項高風險挑戰，達梭系統（Dassault Systèmes）在 3DEXPERIENCE 平台 上推出了「虛擬雙生體驗（Virtual Twin Experience）」架構。藉由強大的結構模擬技術，船舶工程師得以在實體製造前，搶先在虛擬世界中完整洞察潛艦在真實場景下的物理行為。本文將深入解析 SIMULIA 如何在靜態結構、反覆加壓循環及水下爆炸等三大關鍵領域，全面守護潛艦的結構安全。 1. 精準分析深海巨壓下的結構完整性 潛艦在深海執行任務時，艇殼必須承受來自四面八方、巨大且持續的靜水壓力。利用虛擬雙生技術進行結構模擬，造船工程師能夠在靜態條件與極端深海環境下，精準分析整艘潛艦的結構反應。這種高精度的模擬分析，能讓研發團隊在早期設計階段就精確掌握艇體結構的應力分佈與變形趨勢，確保主體結構在承受外部巨壓時依然穩固，從根本上築起安全防線。 潛艦中央結構所承受的應力分析：未簡化模型（左）v.s. 已進行理想化處理（右） 2. 預測長期加壓循環的艇殼耐久性 潛艦的每一次下潛與上浮，對艇殼而言都是一次嚴苛的「加壓與減壓循環」。這種週而復始的負載變化，極易引發結構的低週疲勞，進而威脅整體的結構完整性。透過 SIMULIA 的先進結構模擬，工程師可重現潛艦在長期服役中所經歷的無數次壓力循環，預先評估艇殼材料與銲接部位的疲勞壽命。這不僅能大幅降低因疲勞引發裂紋的風險，更能為長期的運維與安全性提供堅實的數據支撐。 3. 以多物理場模擬迎擊水下爆炸（UNDEX）衝擊 在非比尋常的極端戰術場景中，潛艦不可避免地可能面臨水下爆炸（UNDEX）的嚴重威脅。水下爆炸模擬涉及複雜的衝擊波傳遞、空蝕現象（Cavitation）以及結構抗損生存性（Survivability）等多物理場交互作用。 透過 SIMULIA 的動態非線性求解技術，模擬結果清晰揭示：加勁條（Stiffeners）對於強化艇殼結構、抵禦外部衝擊至關重要；然而，如何優化邊界條件（Boundary Conditions）更是將艙壁（Bulkhead）變形降至最低的關鍵。唯有在結構的「剛性強度」與「韌性彈性」之間取得完美平衡，才能在極端衝擊下力保艙壁不破裂，切實保障潛艦與內部人員的生存力。 4. 導入 MODSIM 雲端工作流，打破研發壁壘 除了強大的物理求解能力，這套虛擬雙生方案的另一大核心優勢，在於達梭系統獨家的 MODSIM（整合建模與模擬） 技術。在 3DEXPERIENCE 平台統一的數位環境下，CAD 建模與 CAE 模擬被完美整合於同一個連續的工作流中。 這意味著工程師再也不需要經歷痛苦的「跨軟體檔案匯入與匯出」，更免除了繁瑣的幾何清理（Geometry Cleanup）與模型重建（Model Rebuilding）工作。當設計發生變更時，模擬模型會自動同步更新。此外，結合 SIMULIA Cloud 雲端運算平台，研發團隊能彈性調配強大的算力，大幅加速複雜設計的迭代與分析效率，徹底杜絕製造後才發現問題的高昂代價。 潛艦主區段側面承受水下爆炸時之空蝕現象區域分佈 預見真實物理行為：以頂尖模擬築起高可靠度安全基石 從靜態抗壓、循環疲勞到水下爆炸衝擊，達梭系統 SIMULIA 的虛擬雙生解決方案，為潛艦工程注入了無與倫比的數位智慧。在實體原型生產之前就預先看見真實的物理行為，正是降低研發風險、免除高昂返工代價的唯一途徑。 作為深耕台灣在地的 CAE 專業經銷商夥伴，我們致力於將這套國際頂尖的 MODSIM 與雲端模擬工作流引進本土產業，助力台灣的船舶製造、航太國防及高可靠度工程研發大步邁向全新里程碑。 延伸閱讀 ▶ 設計驅動模擬：以 MODSIM 多物理場技術打造高匿蹤現代潛艦 達梭系統原文 關鍵字 : MODSIM、疲勞耐久性、虛擬雙生（Virtual Twin）、多物理場模擬、海事與離岸工程