AQWA培训Word

　　基于workbench的AQWA软件的介绍

　　ANSYS AQWA/ASAS 基础培训一

　　2016/4/12

　　1-1

　　基于workbench的AQWA软件的介绍

　　添加标题 基础培训二

　　1、AQWA 模块介绍 2、AQWA理论介绍 3、AQWA-LINE建模

　　4、AGS界面介绍之一2016/4/12 1-2

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　　添加标题 引言

　　海洋工程浮体波浪载荷计算的发展经历了一个从二维方法 到三维方法 ： 二维切片理论优点： 可以实现得到船体剖面剪力、弯矩及湿表面的压力分布。 更为重要的是，它可以对不同的波长、浪向和航速进行同样的计算， 应用频谱分析方法，还可以预报船舶在给定波谱下的运动，对摇荡 运动预报准确。

　　二维切片理论劣势： 平面势流理论，忽略浮体三维效应，海洋工程一般不满足细长体假 设 剖面载荷和脉动压力精度不够，对海洋工程两者很重要

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　　添加标题模块介绍 AQWA模块之间相互关系波浪力

　　LINE

　　WAVE

　　通过wave传递波浪力

　　LIBRIUM

　　FER

　　NAUT

　　DRIFT

　　ASAS频域分析法 时域分析法

　　(FE model)运动响应 2016/4/12 变形响应 1-5

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　　添加标题 AQWA 模块介绍DAY1

　　FEMGV

　　AGS

　　ANSYS

　　LINE

　　WAVE

　　LIBRIUM

　　FER

　　NAUT

　　DRIFT

　　ASAS(FE model)

　　模块之间相互关系

　　EXCEL2016/4/12 1-6

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　　添加标题模块介绍 AQWA

　　AQWA-DRIFT:具有随机波包括慢漂流的时域，还包括耦合缆索动 力学，理论基础是二阶力，时域非线性。可以分析随机波的结构运动 已经悬链线拉力的时域非线性程序 AQWA-GS(GRAPHIC SU

　　PERVISOR): 图形用户界面，封装了1至 5模块 AQWA-WAVE:是 AQWA-LINE和ASAS间的联接程序。对于给定 的波方向，周期和频率，它读取压力和运动形式的结果，并且自动地 作为压力和加速度应用到ASAS /ANSYS有限元模型中

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　　添加标题 典型 AQWA 模型

　　Moored Tanker

　　Semi Sub

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　　添加标题 AGS 型线网格生成

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　　添加标题理论 AQWA

　　AQWA风浪流方向说明： 在AQWA风浪流的方向指的是其传播方向 风浪流方向角是指风浪流传播方向与x轴逆时针方向的夹角 在AQWA中定义风浪流方向只需输入方向角度(度)即可

　　Y

　　Wave direction (or current, wind)

　　positive angle入射波波角

　　X axis

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　　添加标题理论 AQWA

　　AQWA输入文件中风浪流方向编辑规则原点在静水线面上 方向角度必须按照升序排列 对于非对称结构可以输入-180至180度方向角 对于关于x轴对称(symx)结构可以输入0至180度方向角 对于同时关于x轴，y轴对称(symx和symy)结构可以输入0至90度方 向角 ！NOTE:对称只对面单元有效对其他单元要建整体模型

　　y

　　vq2016/4/12 1-19

　　x

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　　添加标题理论 AQWA

　　波浪载荷概述 波浪荷载是由波浪水质点与结构间的相对运动所引起的。波浪是一随机 性运动，很难在数学上精确描述。 当结构构件(部件)的直径小于波长的20%时，波浪荷载的计算通常用 半经验半理论的美国莫里森方程 大于波长的20%时，应考虑结构对入射波场的影响,考虑入射波的绕射,计 算时用绕射理论求解。 影响波浪荷载大小的因素很多，如波高、波浪周期、水深、结构尺寸和 形状、群桩的相互干扰和遮蔽作用以及海生物附着等

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　　添加标题理论 AQWA

　　波浪载荷概述 波浪荷载常用特征波法和谱分析法确定。对一些特殊形状或特别重要的 海洋工程结构，除了用上述的方法进行计算分析外，还应进行物理模型 试验，以确定波浪力。 特征波法： 选用某一特征波作为单一的规则波，并以它的参数(有效波 高、波浪周期、水深)和结构的有关尺寸代入莫里森方程或绕射理论的 公式，求出作用在结构上的波浪力。此法简便易行，在海洋工程设计广 泛应用。 谱分析法：利用海浪谱进行波浪荷载计算、结构疲劳和动力响应分析的 一种方法。把波浪作为随机性的、由许多不同波高和波周期的规则波线 性迭加而成的不规则波，用概率论和数理统计的方法收集、分析处理波 浪观测数据，由于它能较精确地反映波浪的能量分布规律，所以是一种 比较理想的方法。海洋工程结构设计中常用的有P-M和联合(JONSWAP) 谱。

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　　添加标题理论 AQWA

　　AQWA处理作用在结构上的波浪力 对绕射结构(用平面单元建模(plate element) Incident wave force (Froude-Krylov force): from the pressure in the undisturbed waves.无扰动的波浪引起的压 力 Diffraction force: due to station

　　ary structure disturbing the incident waves.由于静止结构存在影响了波浪密度分布由压差 引起的压力 Radiation force: due to structure’s oscillation which generates waves.结构的振动激起的波浪产生的波浪力 Drift force (net force due to high order effect)考虑波浪力 的高阶效应，波浪力的高阶项都归于Drift force

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　　添加标题理论 AQWA

　　波浪的绕射与辐射 波浪的绕射：波浪在向前传播遇到结构物以后，在结构表面会产生一个 向外散射的波，入射波与散射波的叠加达到稳态时将形成一个新的波动 场，在这样的波动场中结构所受到的载荷称为波浪的绕射作用 波浪的辐射：以一定模态小振幅振荡运动的结构在稳定的波浪场中产生 一个向外辐射的波动场，波动场中的结构必然会受到辐射势的载荷作用

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　　添加标题理论 AQWA

　　AQWA处理作用在结构上的波浪力 对细长管结构(用莫里森单元建模(比如：tube element)

　　指F=相对加速度惯性力和相对速度引起的阻尼力求解的。 使用莫里森方程求解 如果不满足细长管，用三维势流理论。 NOTE: Morison 结构适用于：细长管(直径和管的长度之比小于0.2), 阻尼力会大些

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　　添加标题理论 AQWA

　　莫里森方程 对于细长柱体单元(D/L0.2)比如管单元，每个单元上单位长度的波浪力可 以按照莫里森方程计算得到，莫里森方程如下：

　　F X (1 Ca ) 0.5 Cd V V D其中Ca和cd为附加质量和单元拉力系数 为单位长度单元体积， D为单元的直径

　　..

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　　添加标题理论 AQWAFluid force

　　波浪力组成Hydrodynamic

　　Hydrostatic

　　Fixed structure in waves

　　Moving structure in still water (Radiation force)

　　Ambient pressure (incident wave or Froude-Krylov force)

　　Effect of structure on waves (Diffraction)

　　In-phase (Added Mass)

　　Out-of-phase (Radiation damping)

　　F( )

　　Ma( ).x

　　C( ).x

　　K.x

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　　添加标题 基础培训二

　　1、AQWA 模块介绍 2、AQWA理论介绍 3、AQWA-LINE介绍

　　4、AGS界面介绍之一2016/4/12 1-32

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　　添加标题 AQWA-LINE 介绍

　　AQWA-LINE特点： 考虑波浪力二阶项的3D绕射散射分析程序2nd order 3D (特点， 可以算任意水深。其它程序只能算有限水深) 频率算法 结构由很多面单元组成 Source distribution approach (boundary integration method)边界积分算法 Mean drift forces平均慢漂力: ● Far field momentum theory。远场精度高，但只能计算平面运动的二阶力，只能计算单 个结构。● Near field pressure-motion integration method。多刚体运动时一定用近场解。 单元数量选择：船头2千到三千计算近场的结果基本满足工程要求。 2千：2小时。4千：8小时。2.5G 的

　　计算配置。 Full QTF matrix (difference sum frequency components),计算差频，和频。 多体水动力学交互作用计算 Forward speed:有航速的水动力计算。

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　　添加标题 AQWA-LINE 介绍

　　AQWA-LINE理论： 三维势流理论基本假定– Ideal fluid, irrotational and incompressible,无粘性。因此整个流体 可以用势函数表示。 – small wave elevation:小波

　　Governing equations: for the velocity potential。拉普拉斯方程

　　02

　　(V )

　　Body boundary condition:不渗透的条件，即结构速度和流体速度在 法向上速度一样。

　　( Vs ).n 02016/4/12 1-34

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　　添加标题 AQWA-LINE 介绍

　　线性自由表面条件。自由表面：两种流体密度差别很大时，形成自由表面。

　　2 0 z g

　　海底边界条件

　　0 when z for deep water 0 at z d ( sea bed ) for shallow water z

　　辐射条件：不同格林函数表达不同。 为了使方程在无穷远处有解，需要引入一个无穷远的地方的远场条

　　件，以保证无限远处有外传波

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　　添加标题 AQWA-LINE 介绍( ) P 1 4 g i . j cos( i j )n dl ij WL

　　Waterline integral Bernoulli Accelerati on Momentum

　　1 4 i . j n dSS0

　　S0

　　1

　　j )n dS 2 ( X i . t..

　　M s .Ri . Xg j ( 2 ) .n.dS t S0

　　2nd order potential

　　( ) 同上表达式 Q ij2016/4/12 1-36

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　　添加标题 AQWA-LINE 介绍

　　压力以及1阶波浪力的求解：结构上的每个面元求解 采用线性泊努利方程

　　p t 对整个结构表面进行积分可以得到1阶波浪力

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　　添加标题 二阶波浪力的考虑

　　二阶波浪力包括二阶平均漂移力、差频力和和频力三部分 锚泊的深水半潜式平台，二阶波浪力在数值上比一阶力小得多，但由 于波浪本身的非线性相互作用会产生对结构物的差频作用，又由于锚 泊系统水平方向的回复力和阻尼力都很小，即其对应的固有周期较大， 结构物会在二阶平均漂移力和差频二阶力的作用下产生强烈的共振。 因此二阶波浪力的研究对准确预报深水平台的受力和运动具有重要的 意义，。 常用的二阶平均漂移力计算方法有两类 一类是基于动量—能量守恒的远场积分法，另一类是基于压力积 分的近场积分法。前者是对浮体周围的流体应用动量和能量守恒 定理推导出二阶力， 后者是利用摄动展开得到二阶流体压力，然后将二阶压力沿着物 体湿表面积分求解出二阶漂移力。

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　　添加标题 AQWA-LINE 介绍

　　2阶平均慢漂力计算 远场求解(动量能量守恒)( momentum conservation method)( 2) F

　　strc

　　d dt

　　V

　　d pn d SSR

　　SR:

　　V d VVn dS pn d S t S vertical cylindrical boundary surrounding the S structure in the flow R R

　　field with a large radius R, 大直径流场内，环绕结构圆柱体垂直边界 :环绕结构表面以及SR 的fluid体积 - 更高的精度 - Horizontal force/moment only只求解垂直方向的力/力矩 - 只能求解单个结构(或是不考虑结构之间的交互作用情况下的多体)

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　　基于workbench的AQWA软件的介绍

　　添加标题 AQWA-LINE 介绍

　　2阶平均慢漂力计算 近场求解( pressure/motion integration method )( 2) 2 Fstrc 0.5 g r n dl 0.5 2 n dS WL S0 .. ( X . ) n dS M s .R. X g t S 0

　　WL: 结构表面的平均吃水 S0 : 平均湿表面 - 可以求得结构6自由度的力和力矩 - 多体水动力学交互作用

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