1-1ANSYS AQWA/ASAS 基础培训一基础培训一AQWA培训添加标题添加标题1-2 基础培训二•1、、AQWA 模块介绍模块介绍•2、、AQWA理论介绍理论介绍•3、、AQWA-LINE建模建模•4、、AGS界面介绍之一界面介绍之一AQWA培训添加标题添加标题1-3 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到三维方法 ::ü二维切片理论优点:二维切片理论优点:Ø可以实现得到船体剖面剪力、弯矩及湿表面的压力分布可以实现得到船体剖面剪力、弯矩及湿表面的压力分布Ø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,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动预报准确ü二维切片理论劣势:二维切片理论劣势:Ø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Ø剖面载荷和脉动压力精度不够,对海洋工程两者很重要剖面载荷和脉动压力精度不够,对海洋工程两者很重要AQWA培训添加标题添加标题1-4 引言•解决两个问题:解决两个问题:ü三维浮体波浪载荷的计算:三维浮体波浪载荷的计算:Ø与二维势流理论不同的是,此方法把平台结构作为一个整体,在平台与二维势流理论不同的是,此方法把平台结构作为一个整体,在平台水下部分的表面上划分网格,根据三维源汇分布理论,采用面元数值水下部分的表面上划分网格,根据三维源汇分布理论,采用面元数值计算方法求解平台在波浪中受到的载荷。
计算方法求解平台在波浪中受到的载荷Ø波浪力考虑二阶波浪力波浪力考虑二阶波浪力Ø而对横撑等小尺寸构件采用而对横撑等小尺寸构件采用Morison方程计算方程计算 ü载荷加载到有限元模型中,实现浮体结构强度校核载荷加载到有限元模型中,实现浮体结构强度校核AQWA培训添加标题添加标题1-5 AQWA模块介绍LIBRIUMFERNAUTDRIFTLINE模块之间相互关系模块之间相互关系WAVEASAS(FE model) 波浪力波浪力通过通过wave传递波浪力传递波浪力频域分析法频域分析法时域分析法时域分析法运动响应运动响应变形响应变形响应AQWA培训添加标题添加标题1-6 AQWA模块介绍LIBRIUMWAVEASAS(FE model) 模块之间相互关系模块之间相互关系ANSYSAGSFERNAUTDRIFTLINEEXCELFEMGVDAY1AQWA培训添加标题添加标题1-7 AQWA模块介绍流程LIBRIUMWAVEASAS(FE model) ANSYSAGSFERNAUTDRIFTLINEEXCELFEMGVDAY3&DAY4DAY2AQWA培训添加标题添加标题1-8 AQWA模块介绍•AQWA--LINE:计算波浪力及结构的响应计算的水静力学程序:计算波浪力及结构的响应计算的水静力学程序 用于用于3D绕射绕射/散射分析可以计算分析时考虑散射分析可以计算分析时考虑2阶波浪力)阶波浪力)•AQWA--FER: 具有随机波的频域分析,还包括耦合缆索动力学分析具有随机波的频域分析,还包括耦合缆索动力学分析功能。
水动力学包括的非线性项线性化如多个波浪状况一起计算功能水动力学包括的非线性项线性化如多个波浪状况一起计算的到统计结果结构运动谱分析能力(波浪频率或是慢漂频率)随的到统计结果结构运动谱分析能力(波浪频率或是慢漂频率)随即波情况下悬链线张力分析即波情况下悬链线张力分析•AQWA--LIBRIUM:包括停泊线的静:包括停泊线的静/动稳定性分析定义平衡位置,动稳定性分析定义平衡位置,为为AQWA, FER, DRIFT, NAUT输出平衡位置,初步的停泊设计输出平衡位置,初步的停泊设计 可可以输出结构平衡位置已经回覆力以输出结构平衡位置已经回覆力(矩矩)倾覆力(矩倾覆力(矩),特征值模态以及特征值模态以及动态平衡分析,分析时候考虑风浪流联合作用动态平衡分析,分析时候考虑风浪流联合作用AQWA培训添加标题添加标题1-9 AQWA模块介绍•AQWA--DRIFT:具有随机波包括慢漂流的时域,还包括耦合缆索动: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力学,理论基础是二阶力,时域非线性可以分析随机波随机波的结构运动的结构运动已经悬链线拉力的时域非线性程序已经悬链线拉力的时域非线性程序•AQWA--GS(GRAPHIC SUPERVISOR): 图形用户界面,封装了图形用户界面,封装了1至至5模块模块•AQWA--WAVE:是:是 AQWA-LINE和和ASAS间的联接程序。
对于给定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作为压力和加速度应用到ASAS /ANSYS有限元模型中有限元模型中AQWA培训添加标题添加标题1-10 Moored TankerSemi Sub典型典型AQWA 模型模型AQWA培训添加标题添加标题1-11 TransportationFPSOSparShip in channel典型典型AQWA模型模型AQWA培训添加标题添加标题1-12 ANSYS-to-AQWA 界面界面AQWA培训添加标题添加标题1-13 AGS 型线网格生成型线网格生成AQWA培训添加标题添加标题1-14 Force & Response CurvesShear Force & Bending MomentAGS 后处理工具后处理工具AQWA培训添加标题添加标题1-15 Pressure contourWave surface contour船体周围浪的变化形式Diffracted wave surface势表面以下的压力变化AGS 后处理后处理AQWA培训添加标题添加标题1-16 基础培训二•1、、AQWA 模块介绍模块介绍•2、、AQWA理论介绍理论介绍•3、、AQWA-LINE介绍介绍•4、、AGS界面介绍之一界面介绍之一AQWA培训添加标题添加标题1-17 AQWA理论•AQWA全局坐标系全局坐标系::Ø它是固定参考轴系(它是固定参考轴系(Fixed Reference Axes )):Ø原点在静水线面上原点在静水线面上ØX方向:从船尾到船头方向:从船尾到船头ØY方向:在船舶宽度方向上。
方向:在船舶宽度方向上ØZ方向:船吃水高度方向方向:船吃水高度方向NOTE:节点数节点数15000,水下势表面单元,水下势表面单元80000zyW.L.xAQWA培训添加标题添加标题1-18 AQWA理论•AQWA风浪流方向说明风浪流方向说明::Ø在在AQWA风浪流的方向指的是其传播方向风浪流的方向指的是其传播方向Ø风浪流方向角是指风浪流传播方向与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轴逆时针方向的夹角Ø在在AQWA中定义风浪流方向只需输入方向角度(度)即可中定义风浪流方向只需输入方向角度(度)即可X axisWave direction (or current, wind)positive angle入射波波角YAQWA培训添加标题添加标题1-19 AQWA理论•AQWA输入文件中风浪流方向编辑规则输入文件中风浪流方向编辑规则Ø原点在静水线面上原点在静水线面上Ø方向角度必须按照升序排列方向角度必须按照升序排列Ø对于非对称结构可以输入对于非对称结构可以输入-180至至180度方向角度方向角Ø对于关于对于关于x轴对称(轴对称(symx)结构可以输入)结构可以输入0至至180度方向角度方向角Ø对于同时关于对于同时关于x轴,轴,y轴对称(轴对称(symx和和symy)结构可以输入)结构可以输入0至至90度方向度方向角角!!NOTE:对称只对面单元有效对其他单元要建整体模型对称只对面单元有效对其他单元要建整体模型yxvqAQWA培训添加标题添加标题1-20 AQWA理论•AQWA相位角(相位角(phase angle))Ø原点在静水线面上原点在静水线面上Ø在在AQWA中,相位角中,相位角(Φ in degrees) 与时间差分的关系:与时间差分的关系: (dt= Φ*T/360, T 是波浪周期是波浪周期).ØIn AQWA, the (Φ in degrees) of a parameter defines the time difference (dt) from the time when the wave crest is at the CoG of the structure to the time when the parameter reaches its peak value. (dt= Φ*T/360, where T is the wave period).Ø负的相位角表明滞后于波浪行进方向负的相位角表明滞后于波浪行进方向AQWA培训添加标题添加标题1-21 AQWA理论•波浪形式:波浪形式:Ø规则波规则波AQWA LINE NAUT (缺省设置)可以用到缺省设置)可以用到Ø随机波随机波以波浪谱的形式定义以波浪谱的形式定义 AQWA LIBRIUM FER DRIFT NAUT 可以用到可以用到NOTE:在在AQWA DIRT中可以输入波高时间历程曲线(面)中可以输入波高时间历程曲线(面)AQWA培训添加标题添加标题1-22 AQWA理论•规则波浪类型规则波浪类型ØAIRY线性波线性波a = A cos (-ωt + kx) (ω: 频率频率 radians/sec; k: 波数波数)AQWA LINE, LIBRIUM, FER, DRIFT, NAUT (可选)都会用到(可选)都会用到ØSTOKES二阶波二阶波 a = A cos (-ωt + kx) + 0.5 k A² cos2(-ωt + kx) 一阶项一阶项 二阶项二阶项AQWA NAUT 缺省波浪类型缺省波浪类型 AQWA培训添加标题添加标题1-23 AQWA理论•AQWA支持的随机波谱支持的随机波谱ØP-M spectrumØJONSWAP spectrumØUser defined spectrumØGaussian spectrum for Cross SwellNOTE:随机波浪有以下两种形式随机波浪有以下两种形式:a. Long crested waves长峰波长峰波; b. Short crested waves短峰波短峰波, ie a spread sea (only for AQWA LIBRIUM and FER) AQWA培训添加标题添加标题1-24 AQWA理论•AQWA支持的风载荷支持的风载荷ØUniform wind:均匀风:均匀风ØOchi and Shin wind spectrum:风随海平面力、能量是变化的。
风随海平面力、能量是变化的ØAPI wind spectrumØNPD wind spectrum ØUser-defined wind spectrum•AQWA支持的流类型支持的流类型ØUniform current:均匀流:均匀流ØProfiled current velocity:从海的到水平面是变化的非均匀流从海的到水平面是变化的非均匀流 AQWA培训添加标题添加标题1-25 AQWA理论•波浪载荷概述波浪载荷概述Ø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性运动,很难在数学上精确描述Ø当结构构件(部件)的直径小于波长的当结构构件(部件)的直径小于波长的20%时,波浪荷载的计算通常用%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半经验半理论的美国莫里森方程Ø大于波长的大于波长的20%时,应考虑结构对入射波场的影响%时,应考虑结构对入射波场的影响,考虑入射波的绕射考虑入射波的绕射,计算时用绕射理论求解计算时用绕射理论求解Ø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形状、群桩的相互干扰和遮蔽作用以及海生物附着等 AQWA培训添加标题添加标题1-26 AQWA理论•波浪载荷概述波浪载荷概述Ø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,以确定波浪力试验,以确定波浪力 Ø特征波法: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 Ø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和联合和联合(JONSWAP)谱 AQWA培训添加标题添加标题1-27 AQWA理论•AQWA处理作用在结构上的波浪力处理作用在结构上的波浪力Ø对绕射结构(用平面单元建模(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无扰动的波浪引起的压力力-Diffraction force: due to stationary 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)考虑波浪力考虑波浪力的高阶效应,波浪力的高阶项都归于的高阶效应,波浪力的高阶项都归于Drift forceAQWA培训添加标题添加标题1-28 AQWA理论•波浪的绕射与辐射波浪的绕射与辐射Ø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Ø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AQWA培训添加标题添加标题1-29 AQWA理论•AQWA处理作用在结构上的波浪力处理作用在结构上的波浪力Ø对细长管结构(用莫里森单元建模(比如:对细长管结构(用莫里森单元建模(比如:tube element))Ø指指F=相对加速度惯性力和相对速度引起的阻尼力求解的。
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使用莫里森方程求解•如果不满足细长管,用三维势流理论如果不满足细长管,用三维势流理论NOTE: Morison 结构结构适用于:细长管(直径和管的长度之比小于适用于:细长管(直径和管的长度之比小于0.2),),阻尼力会大些阻尼力会大些AQWA培训添加标题添加标题1-30 AQWA理论•莫里森方程莫里森方程Ø对于细长柱体单元(对于细长柱体单元(D/L<0.2)比如管单元,每个单元上单位长度的波浪力可以比如管单元,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:按照莫里森方程计算得到,莫里森方程如下: 其中其中Ca和和cd为附加质量和单元拉力系数为附加质量和单元拉力系数 为单位长度单元体积,为单位长度单元体积, D为单元的直径为单元的直径AQWA培训添加标题添加标题1-31 AQWA理论•波浪力组成波浪力组成Fluid forceHydrodynamicHydrostaticFixed structure in wavesAmbient pressure (incident wave or Froude-Krylov force)Effect of structure on waves (Diffraction)Moving structure in still water (Radiation force)In-phase (Added Mass)Out-of-phase(Radiation damping)F()K.xMa().xC().xAQWA培训添加标题添加标题1-32 基础培训二•1、、AQWA 模块介绍模块介绍•2、、AQWA理论介绍理论介绍•3、、AQWA-LINE介绍介绍•4、、AGS界面介绍之一界面介绍之一AQWA培训添加标题添加标题1-33 AQWA-LINE介绍•AQWA-LINE特点:特点:Ø考虑波浪力二阶项的考虑波浪力二阶项的3D绕射散射分析程序绕射散射分析程序2nd order 3D (特点,(特点, 可以算任意水深。
其它程序只能算有限水深可以算任意水深其它程序只能算有限水深))Ø频率算法频率算法Ø结构由很多面单元组成结构由很多面单元组成ØSource distribution approach (boundary integration method)边界积分算法边界积分算法ØMean drift forces平均慢漂力平均慢漂力: ● 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多刚体运动时一定用近场解Ø单元数量选择:单元数量选择:船头船头2千到三千计算近场的结果基本满足工程要求千到三千计算近场的结果基本满足工程要求 2千:千:2小时4千:千:8小时2.5G 的计算配置的计算配置ØFull QTF matrix (difference & sum frequency components),计算差频,和频计算差频,和频Ø多体水动力学交互作用计算多体水动力学交互作用计算ØForward speed::有航速的有航速的水动力计算。
水动力计算AQWA培训添加标题添加标题1-34 AQWA-LINE介绍•AQWA-LINE理论:理论:Ø三维势流理论基本假定三维势流理论基本假定–Ideal fluid, irrotational and incompressible,无粘性因此整个流体,无粘性因此整个流体可以用势函数表示可以用势函数表示–small wave elevation:小波:小波ØGoverning equations: for the velocity potential拉普拉斯方程拉普拉斯方程ØBody boundary condition:不渗透的条件,即结构速度和流体速度在:不渗透的条件,即结构速度和流体速度在法向上速度一样法向上速度一样AQWA培训添加标题添加标题1-35 AQWA-LINE介绍•线性自由表面条件性自由表面条件 自由表面:两种流体密度差自由表面:两种流体密度差别很大很大时,形成自由表面形成自由表面•海底海底边界条件界条件•辐射条件:不同格林函数表达不同射条件:不同格林函数表达不同Ø 为了使方程在无了使方程在无穷远处有解,需要引入一个无有解,需要引入一个无穷远的地方的的地方的远场条件,条件,以保以保证无限无限远处有外有外传波波AQWA培训添加标题添加标题1-36 AQWA-LINE介绍 同上表达式同上表达式 AQWA培训添加标题添加标题1-37 AQWA-LINE介绍•压力以及压力以及1阶波浪力的求解阶波浪力的求解:结构上的每个面元求解:结构上的每个面元求解采用线性泊努利方程采用线性泊努利方程 •对整个结构表面进行积分可以得到对整个结构表面进行积分可以得到1阶波浪力阶波浪力AQWA培训添加标题添加标题1-38 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,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。
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常用的二阶平均漂移力计算方法有两类ü一类是基于动量一类是基于动量—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,定理推导出二阶力,ü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体湿表面积分求解出二阶漂移力 AQWA培训添加标题添加标题1-39 AQWA-LINE介绍•2阶平均慢漂力计算阶平均慢漂力计算Ø远场求解(动量能量守恒)(远场求解(动量能量守恒)( momentum conservation method)) SR: vertical cylindrical boundary surrounding the structure in the flow field with a large radius R, 大直径流场内,环绕结构圆柱体垂直边界大直径流场内,环绕结构圆柱体垂直边界 :环绕结构表面以及环绕结构表面以及SR 的的fluid体积体积 - 更高的精度更高的精度 - Horizontal force/moment only只求解垂直方向的力只求解垂直方向的力/力矩力矩 - 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)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)AQWA培训添加标题添加标题1-40 AQWA-LINE介绍•2阶平均慢漂力计算阶平均慢漂力计算Ø近场求解(近场求解( pressure/motion integration method )) WL: 结构表面的平均吃水结构表面的平均吃水 S0 : 平均湿表面平均湿表面 - 可以求得结构可以求得结构6自由度的力和力矩自由度的力和力矩- 多体水动力学交互作用多体水动力学交互作用AQWA培训添加标题添加标题1-41 基础培训二•1、、AQWA 模块介绍模块介绍•2、、AQWA理论介绍理论介绍•3、、AQWA-LINE建模建模•4、、AGS界面介绍之一界面介绍之一AQWA培训添加标题添加标题1-42 AQWA-LINE介绍•AQWA-LINE 是用于计算浮体结构在常规波中响应问题的计算程序,是用于计算浮体结构在常规波中响应问题的计算程序,此程序可以单独运行也可以跟此程序可以单独运行也可以跟AQWA软件包其他软件联合求解,软件包其他软件联合求解,AQWA-LINE的主要分析技术是水波的辐射的主要分析技术是水波的辐射/衍射理论。
常规波浪在行衍射理论常规波浪在行进过程中经常会受浮体结构的影响而产生衍射程序可以计算浮体结进过程中经常会受浮体结构的影响而产生衍射程序可以计算浮体结构的一阶或是二阶波浪力构的一阶或是二阶波浪力•AQWA提供了方便的重启动方式,如完成提供了方便的重启动方式,如完成AQWA-LINE计算后,要执计算后,要执行其他模块计算如考虑粘性阻尼,停泊线刚度,就可以用重启动方式行其他模块计算如考虑粘性阻尼,停泊线刚度,就可以用重启动方式直接调用直接调用AQWA-LINE计算结果,而不需要再执行计算结果,而不需要再执行AQWA-LINE基本基本格林函数计算,这样极大的提高了求解效率格林函数计算,这样极大的提高了求解效率•AQWA-LINE计算时考虑了浮体结构及临近的固体结构的水动力相互计算时考虑了浮体结构及临近的固体结构的水动力相互影响AQWA-LINE能够处理浅水效应,这时需考虑波浪力高阶项能够处理浅水效应,这时需考虑波浪力高阶项AQWA培训添加标题添加标题1-43 AQWA-LINE介绍•AQWA-LINE可以计算由波浪辐射衍射引起的任意形状的浮体结构周可以计算由波浪辐射衍射引起的任意形状的浮体结构周围的波浪力。
围的波浪力•AQWA-LINE使用典型的格林函数方法求解浮体结构的波浪力,使用典型的格林函数方法求解浮体结构的波浪力,AQWA中网格的每个单元给定一个脉动源在计算波浪力的同时,中网格的每个单元给定一个脉动源在计算波浪力的同时,•AQWA-LINE也求得浮体的附加质量和辐射阻尼,这些数据储存在也求得浮体的附加质量和辐射阻尼,这些数据储存在AQWA数据库文件(数据库文件(.hyd&.res)中,其他模块可以用重启动的方式)中,其他模块可以用重启动的方式调用这些数据调用这些数据•另外通过另外通过AQWA-LINE的求解,浮体六个自由度方向上的运动与相应的求解,浮体六个自由度方向上的运动与相应的稳态波浪漂移力就相互联系起来的稳态波浪漂移力就相互联系起来AQWA培训添加标题添加标题1-44 AQWA-LINE建模之一•ANSYS建模建模Ø安装安装ANSYS-AQWA界面:界面: (1) copy anstoaqwa.mac to c:\Program Files\Ansys Inc\ ansys\apdl (2) open c:\Program Files\Ansys Inc\ ansys\apdl\start100.ans, insert *ABBR, AQWA, ANSTOAQWA Ø运行运行ANSYS-AQWA界面:界面:注意注意: (1) 湿湿表面和干表面要分表面和干表面要分别建模建模; (2)选择选择SHELL63单元建面网格,元建面网格,PIPE59建管建管单元元 (3) 检查壳方向方向壳方向方向 (蓝色蓝色: 结构结构外部外部; 紫色紫色: 结构内部构内部).AQWA培训添加标题添加标题1-45 AQWA-LINE建模之一•AQWATOANSYS单元映射关系单元映射关系ØSHELL41 PLANE42 SHELL43 SHELL63 SHELL181对应对应AQWA的平面的平面单元单元ØPipe16 pipe20 pipe59 单元对应单元对应TUBESØ最大频率的值由水线面以下最大尺寸单元的确定最大频率的值由水线面以下最大尺寸单元的确定Ø为了保证计算精度一个水波波长最少覆盖为了保证计算精度一个水波波长最少覆盖7个绕射单元个绕射单元Ø波浪方向的范围由模型的对称关系决定,波浪方向的范围由模型的对称关系决定,步长为步长为15度度AQWA培训添加标题添加标题1-46 练习一浮体箱练习生成生成ASAS数据文件数据文件Ø安装安装ANSYS-AQWAØ打开打开ansys文件文件, Tank.dbØ设定好路径设定好路径Ø使用使用 file – 将文件名改将文件名改为:为:“tank”Ø键入键入ansys 宏命令宏命令 Anstoaqwa生成一个生成一个aqwa文件文件AQWA培训添加标题添加标题1-47 练习一浮体箱练习•参数设置参数设置Ø垂直坐标轴:垂直坐标轴:AQWA全局坐标系全局坐标系Z与与ANSYS坐标系的对应关系坐标系的对应关系Ø给定水线面浮体高度方向坐标位置给定水线面浮体高度方向坐标位置Ø重力加速度值重力加速度值Ø水密度值水密度值Ø绕射模型:如选择则浮体采用绕射模型,绕射模型:如选择则浮体采用绕射模型,水线面以下部分采用绕射单元,意味着水线面以下部分采用绕射单元,意味着计算波浪力的时候考虑波浪力的绕射部分计算波浪力的时候考虑波浪力的绕射部分Ø对称选项:如果浮体是对称模型,则在对称选项:如果浮体是对称模型,则在Ansys建模时只建模型的一部分,勾选该建模时只建模型的一部分,勾选该选项,选项,AQWA会自动映射对称模型的另一部分会自动映射对称模型的另一部分AQWA培训添加标题添加标题1-48 练习一浮体箱练习•修改修改AQWA-LINE输入文件输入文件Ø在工作目录下会生成在工作目录下会生成,将该文件后缀改为将该文件后缀改为.datØ修改修改 JOB MESH LINE TITLE MESH FROM LINES PLANS/SCALING OPTIONS REST END RESTART 1 2 为:为:JOB MESH LINE TITLE MESH FROM LINES PLANS/SCALING OPTIONS REST GOON END RESTART 1 3Ø运行该输入文件运行该输入文件 将文件拖曳至运行按钮(运行方法之一)将文件拖曳至运行按钮(运行方法之一)AQWA培训添加标题添加标题1-49 AQWA文件系统说明•每个每个AQWA文件由三部分组成文件由三部分组成:Ø文件前缀(两字母文件前缀(两字母)-用于区分求解器类型用于区分求解器类型alLINEabLIBRIUMafFERadDRIFTanNAUTØ run identifier (至多六个字母至多六个字母) - a name to identify the runØ文件扩展名(三个字母)用于区分文件类型(比如文件扩展名(三个字母)用于区分文件类型(比如.dat) Example:altest.dat (input data), abtest.lis (output list file)AQWA培训添加标题添加标题1-50 AQWA输入输出文件•AQWA的输入文件的输入文件Ø.dat计算数据文件计算数据文件 (LBDNF)Ø.linAGS 网格生成器所需的型线数据网格生成器所需的型线数据Ø .msdBM/SF (AGS)所需的质量分布输入文件所需的质量分布输入文件Ø .sfmsplitting forces (AGS) 所需的质量分布输入文件所需的质量分布输入文件Ø .wht 波高时间历史文件波高时间历史文件 (with IWHT in Deck 13 for BDNF)Ø .wvt 风速时间历史文件风速时间历史文件 (no card needed, for DN)Ø .xft 对一结构施加外力的时间历史文件对一结构施加外力的时间历史文件 (no card needed, for DN)Ø .mor mooring 线描述文件线描述文件(with Deck 14 for BDNF)AQWA培训添加标题添加标题1-51 AQWA输入输出文件•其他输入输出文件:其他输入输出文件: (不同段生成的文件不同段生成的文件)Ø.res 重启动文件重启动文件 (binary, LBDNF)Ø.hyd 水动力文件水动力文件 (binary, L)Ø.eqp 平衡位置文件平衡位置文件(binary, B)Ø.uss source strength file (binary, with LDOP in Deck 0, L)Ø.pot potential file (binary, with LDOP in Deck 0, L)•其中:其中:•AB***.eqp file:• ● 由由 AQWA LIBRIUM生成生成• ● 储存了结构的平衡位置信息储存了结构的平衡位置信息. • ● FDN可以读入作为起始位置可以读入作为起始位置(Deck 0要设置要设置RDEP选项选项).•A****.pos file:•● 在时域分析中由在时域分析中由DN生成生成• ● 存储了每一时间步的结构的位置,速度数据存储了每一时间步的结构的位置,速度数据•Hydrodynamic (.hyd) FileAQWA培训添加标题添加标题1-52 AQWA输入输出文件•OUTPUT FILES•.mes 输出输出message文件文件 (ASCII, LBDNF)•.lis output listing file (ASCII, LBDNF)•.pos output position file (binary, DN)•.plt output graphic file (binary, LBDNF)•.pac pressures at centroids (binary, L)•.vac velocities at centroids (binary, L)•二进制文件二进制文件• ● 由由AQWA-LINE的散射的散射/衍射分析衍射分析(Stage 3)生成生成• ● 包含了包含了AQWA-LINE算得的水动力数据库算得的水动力数据库.•AL**.RES 和和 AL**.HYD的区别的区别 (after AQWA-LINE Stage 3)•AL**.RES= AL**.DAT+AL**.HYD•AGS Plot File (.plt)•二进制文件二进制文件•● 由主要分析过程由主要分析过程 (Stage 5)生成生成 • ● 包含包含:– 力和运动的时间历程力和运动的时间历程 (DN)– 在向平衡位置迭代过程中的位置和力在向平衡位置迭代过程中的位置和力(B)– forces and responses as a function of frequency (LF)•Listing (.lis) File•●包含刚执行完的包含刚执行完的STAGES分析的大多数输出文件分析的大多数输出文件 (以文本形式以文本形式).AQWA培训添加标题添加标题1-53 Restart (.res) FileThis is a binary file, ● written by all the AQWA programs, ● contains database associated with all the Stages of analysis which have so far been executed.Examples: If Stages 1 to 4 have been executed, it will contain: (1) model definition (2) hydrodynamic database (3) main analysis parametersAQWA培训添加标题添加标题1-54 Hydrodynamic (.hyd) FileThis is a binary file ● created by AQWA-LINE after the diffraction / radiation analysis (Stage 3). ● contains the hydrodynamic database from the AQWA-LINE run.Comparison of AL**.RES and AL**.HYD (after AQWA-LINE Stage 3) restart ) hydrodynamics ) model definition hydrodynamic database hydrodynamic database further run further runUsed for AGS manipulate (ALDB in Deck 0, regenerate .HYD file (RDDB) FILE in Deck 6 ) AQWA培训添加标题添加标题1-55 Position Files (.pos and .eqp)Both are binary files.AB***.eqp file: ● created by AQWA LIBRIUM ● stores the equilibrium positions of a system of structures. ● can be read in by FDN as start position (with an option RDEP in Deck 0).A****.pos file: ● created during a time domain analysis by DN ● stores the positions, velocities, etc of a system of structures for every time step.AQWA培训添加标题添加标题1-56 AGS Plot File (.plt)This is a binary file ● created during a main analysis (Stage 5) ● contains either:– time history of forces and motions (DN)– positions and forces during iteration towards equilibrium (B)– forces and responses as a function of frequency (LF) ● for AGS useAQWA培训添加标题添加标题1-57 AQWA-LINE 文件解释JOB MESH LINETITLE MESH FROM LINES PLANS/SCALINGOPTIONS REST ENDRESTART 1 2 01 COOR 01 1 45.000 -45.000 0.000 01 2 22.500 -45.000 0.000 . . . 01 511 146.000 0.000 0.000 . . . END01 999 0.000 0.000 -10.620 02 ELM1 02SYMX 02QPPL DIFF 0 (1)( 1)( 2)( 12)( 11) . . . . 02QPPL 0 (1)( 1)( 101)( 103)( 3) . . . . END02PMAS 0 (1)( 999)( 1)( 1) 02 FINIDeck 0: overall admin. Parameter全局控制Deck 1: 节点坐标定义* 999 for PMAS node质量单元Deck 2: Element 定义分析段指定Symx:只对表面单元有效。
如果有其它单元,要建立整体模型单元AQWA培训添加标题添加标题1-58 AQWA-LINE 文件解释•如果节点号超过一万,需要用如果节点号超过一万,需要用node5命令转换隔开格式命令转换隔开格式如下•目前可以计算目前可以计算1.5万个节点万个节点013307 168.643 20.426 10.014Nod50199999 168.643 20.426 10.014AQWA培训添加标题添加标题1-59 AQWA-LINE文件解释 03 MATE END03 1 3.32100E8 0.000000 0.000000 04 GEOM END04PMAS 1 3.6253E11 0.000000 0.000000 3.4199E11 0.000000 3.5991E11 05 GLOB 05DPTH 250.0 05DENS 1025.0 END05ACCG 9.806 06 FDR1 06FREQ 1 6 0.10472 0.15708 0.25133 0.41888 0.52360 0.59840 END06DIRN 1 3 0.00 45.00 90.00 07 WFS1 END07ZCGE -10.6200 08 NONEDeck 5: 定义分析单位制全局变量 see App. A定义波浪入射角度(度)和频率, 升阶Deck 3: 定义材料参数定义重心位置相对水线面位置AQWA培训添加标题添加标题1-60 AQWA stages解释•AQWA将整个分析过程(波浪力,运动响应)分为几个分将整个分析过程(波浪力,运动响应)分为几个分析步骤(段),每个分析步骤前后衔接,不可缺少析步骤(段),每个分析步骤前后衔接,不可缺少•AQWA总共有六个分析段总共有六个分析段,每个分析段对应相应的分析任每个分析段对应相应的分析任务。
务•对于对于AQWA-LINE完整的分析需完成完整的分析需完成1-3分析段分析段AQWA培训添加标题添加标题1-61 AQWA stages解释•Stages: 区分分析进行到哪个阶段区分分析进行到哪个阶段Ø可以单独运行不同段也可以联合运行可以单独运行不同段也可以联合运行Ø stages之间有数据传递关系之间有数据传递关系Stage 0 头文件设置头文件设置 title restart 设置设置 Stage 1模型定义(节点,单元模型定义(节点,单元..), Decks 1 to 5Stage 2水动力数据库定义水动力数据库定义 Decks 6 to 8Stage 3绕射绕射/散射分析散射分析* (L)Stage 4主分析参数定义主分析参数定义 Decks 9 to 20 (BDNF)Stage 5 主分析过程主分析过程*Decks: 卡片,区分输入数据卡片,区分输入数据AQWA培训添加标题添加标题1-62 AQWA STAGE0设置Deck0 中中 option cards可以有如下选项:可以有如下选项:•PRCEPRint Card Echo for Decks 1 – 5 (LBDFN)•DATA 检查输入文件检查输入文件 (equivalent to Stages 1-2, LBDFN)•GOON忽略不致命的错误和警告信息忽略不致命的错误和警告信息(L)•REST定义重启动定义重启动STAGE (LBDFN)•LDOP 输出表面压力计算所需的输出表面压力计算所需的.POT和和.uss文件文件(e.g pressure plots, SF/BM) (L)AQWA培训添加标题添加标题1-63 AQWA STAGE0设置•PPEL输出每个单元的属性输出每个单元的属性 (LBDFN)•NPPP设置节点不连续时,不用警告。
设置节点不连续时,不用警告•CRNMRe-计算计算 RAOs (LF)•NRNM计算节点计算节点RAOs(L)•NQTF 为漂移力因子使用近场求解方法(为漂移力因子使用近场求解方法(L))•CQTF计算计算 QTF 矩阵矩阵(L),计算二阶差频、和频矩阵,计算二阶差频、和频矩阵AQWA培训添加标题添加标题1-64 Deck 1COOR 节点定义节点定义Deck 2ELM*单元定义单元定义Deck 3MATE材料参数材料参数Deck 4GEOM 几何参数几何参数Deck 5GLOB全局常量全局常量* Structure NumberDeck Header (compulsory)Depth, G, ρ(water): UNITSAQWA stage1介绍AQWA培训添加标题添加标题1-65 AQWA Deck 2接受的单元类型接受的单元类型:QPPL :Quadrilateral panel (diffracting or non-diffracting)TPPL :Triangular panel (diffracting or non-diffracting)TUBE :Tube element (circular cross section)STUB :Slender tube element (non-circular cross section allowed)PMAS:Point mass and inertia moment PBOY:Point buoyancy(集中浮力)(集中浮力)FPNT :Field point (for wave surface calculation) (在流体中定义一(在流体中定义一个点。
为了取得流体某点的速度,如计算船头的抨击力时需要)个点为了取得流体某点的速度,如计算船头的抨击力时需要)DISC :Circular disc with no thickness. 碟形单元,用于计算附加质量碟形单元,用于计算附加质量和附加阻尼没有材料和附加阻尼没有材料Notes: (1) DIFF is needed for diffracting QPPL and TPPL elements; (2) ILID/VLID/PFIX for defining external diffracting elements;AQWA单元类型AQWA培训添加标题添加标题1-66 SymmetrySYMX means that AQWA can assume that the analysis is symmetric ABOUT THE FRA X-AXIS. This allows time-saving shortcuts to be used in the solution.RMXSremoves symmetry, creating a full model (even though the model may still be a symmetric structure). It only applies to T/QPPL elements, not to other elements or nodes.MSTRmoves the structure to a new definition position. It only applies to elements and associated nodes, not to all nodes listed under the STRC card.It actually moves the nodes and elements in the FRA. It is not the same as the POS card in Deck 15.SYMY and RMYS have the same effect relative to the Y-axisAQWA培训添加标题添加标题1-67 AQWA单元类型介绍碟形单元碟形单元AQWA培训添加标题添加标题1-68 Deck 6 FDR*常规波定义常规波定义(1) 频率和方向频率和方向 (2) copy, merge, edit 已有的水动力数据已有的水动力数据Deck 7 WFS*水动力属性水动力属性 (wave freq. range)水动力属性水动力属性 (stiffness and buoyancy)分析位置分析位置 (ZCGE, 可以用可以用deck2中的中的ZLWL 取代取代)Deck 8 DRC*慢漂力系数慢漂力系数* 结构编号结构编号Note: Stage2中输入的水动力属性用于修改和代替中输入的水动力属性用于修改和代替STAGE3中中AQWA-LINE计算得到的的计算得到的的水动力属性水动力属性AQWA stage2介绍AQWA培训添加标题添加标题1-69 AQWA stage2介绍•deck7定义波频率参数刚度矩阵定义波频率参数刚度矩阵•位置位置DECK7•07 WFS1 •DECK7定义波频率参数及刚度矩阵定义波频率参数及刚度矩阵•END07ZCGE -5.000•ZCGE卡片用来给衍射卡片用来给衍射/散射分析提供分析位置,卡片确定垂直方向上散射分析提供分析位置,卡片确定垂直方向上相对静水线面的的质心位置,如果该值设为零那么质心位置设置在水相对静水线面的的质心位置,如果该值设为零那么质心位置设置在水线面上,线面上, • END07BFEQ 1518697.50•BFEQ卡片用来指定结构处于平衡状态的时候垂直方向上的浮力,如卡片用来指定结构处于平衡状态的时候垂直方向上的浮力,如果本卡片没设置,果本卡片没设置,AQWA-LINE程序将自动计算浮力。
程序将自动计算浮力•END07ZCGE 2.8070•ZCGE卡片确定垂直方向上相对静水线面的结构卡片确定垂直方向上相对静水线面的结构1的质心位置,的质心位置,• WFS2•WFS2卡片,给结构卡片,给结构2附属性• END07ZCGE 2.8070AQWA培训添加标题添加标题1-70 AQWA stage2介绍•deck8手动输入漂移力系数手动输入漂移力系数•位置位置DECK8•应用模块:应用模块:(AQWA-FER/ DRIFT/LIBRIUM), or within the backing file (AQWA-LINE only).•是用来手动输入漂移力系数,如果不输入则漂移力采用是用来手动输入漂移力系数,如果不输入则漂移力采用AQWA-LINE程序计算所得值,不是特殊需要不要输入程序计算所得值,不是特殊需要不要输入(要求对力源很熟悉)要求对力源很熟悉)不提倡修改由不提倡修改由line生成的值生成的值AQWA培训添加标题添加标题1-71 AQWA-LINE的主要分析步骤,仅是计算分析段的主要分析步骤,仅是计算分析段Note: Stage2中输入的水动力属性用于修改和代替中输入的水动力属性用于修改和代替STAGE3中中AQWA-LINE计算得到的的水动力属性计算得到的的水动力属性AQWA stage3介绍AQWA培训添加标题添加标题1-72 基础培训二•1、、AQWA 模块介绍模块介绍•2、、AQWA理论介绍理论介绍•3、、AQWA-LINE建模建模•4、、AGS界面介绍之一界面介绍之一AQWA培训添加标题添加标题1-73 AGS界面介绍提纲•使用使用AGS由型线生成网格由型线生成网格•使用使用AGS调用求解器进行运算调用求解器进行运算•使用使用AGS求得浮体表面载荷及分离各载荷项求得浮体表面载荷及分离各载荷项•使用使用AGS生成动画,截图生成动画,截图•惯性力,分离力查看,惯性力,分离力查看,ship ccaling•使用使用AGS查看浮体周围浪分布(查看浮体周围浪分布(green water问题)问题)•使用使用.plt文件,查看图形输出文件文件,查看图形输出文件AQWA培训添加标题添加标题1-74 AGS后处理Wave surface contour plotsNote:● LDOP card in ALTANK2.dat file● run AGS (1) double click AGS icon on screen; (2) File → Open to input ALTANK2.res file; (3) Plots to show the model; (4) Wave Contours to show or calculate wave contour if not existing; (5) choose required waves (dir. freq. in Wave Surface Contours window); (6) Tick Cycle to animate; (7) Point Cursor to a specified location to show the digital value at that point.AQWA培训添加标题添加标题1-75 AGS后处理 Air Gap•计算甲板与水面的距离,确定何时会产生抨击。
计算甲板与水面的距离,确定何时会产生抨击Note:● LDOP card in AL*.dat file● run AGS (1) double click AGS icon on screen; (2) File → Open to input AL**.res file; (3) Plots to show the model; (4) Wave Contours to show or calculate wave contour if not existing; (5) choose required waves (dir. freq. in Wave Surface Contours window); (6) RAO Motion (选上后考虑了船体的运动,否则认为船体是静止的)(选上后考虑了船体的运动,否则认为船体是静止的)→ Ref. Height(Z) above SWL(平均湿水(平均湿水面)面) → Include RAO motion(输入与平均湿水面距离的平面,正值表示超过所定义的面)(输入与平均湿水面距离的平面,正值表示超过所定义的面); (7) Tick Cycle to animate; (8) Point Cursor to a specified location to show the digital value at that point.AQWA培训添加标题添加标题1-76 AGS后处理 Pressure ContoursNote:● run AGS (1) double click AGS icon on screen; (2) File → Open to input AL*.res file; (3) Plots to show the model; (4) Select (in Model Visualization window) → Pressure Contours; (5) choose required waves (dir. freq. in Pressure Contours window) → Time=t to animate; (6) Select (in Model Visualization window) →Sequence (7) Start Sequence (in Define Sequence window) → Stop Sequence → Record Every输出动画:先保持输出动画:先保持*.seq,然后,然后hardcopy>output*.bmp,再用其它软件生成动画。
再用其它软件生成动画AQWA培训添加标题添加标题1-77 AGS后处理 Diffracted Wave Surface输出文件说明查看aqwa-line.pdf第七章Note:● LDOP card in AL*.dat file● run AGS (1) double click AGS icon on screen; (2) File → Open to input AL*.res file; (3) Plots to show the model; (4) Select (in Model Visualization window) → Pressure Contours; (5) choose required waves (dir. freq. in Pressure Contours window) → Time=t to animate; (6) View Angle (in Pressure Contours window) →Choose view angle (in Contour View Angle window) (7) Option (in Pressure Contours window) →Wave Amplitude & Diffracted Wave Surface (in Hull Contours / Diffracted Wave Option window); (8) Select (in Model Visualization window) →Sequence (9) Start Sequence (in Define Sequence window) → Stop Sequence → Record EveryAQWA培训添加标题添加标题1-78 AGS后处理•Graphs>*.plt,select•可以比较不同物理量的结果可以比较不同物理量的结果•比较不同计算文件的结果比较不同计算文件的结果AQWA培训添加标题添加标题1-79 AGS后处理•自由度自由度–Surge:横摇:横摇–Sway:横荡:横荡–Heave:升沉:升沉–Yaw:摇首:摇首•说明说明–入射入射…+扰射+扰射–froude入射波力入射波力–Steady :,近场法的平均漂移力:,近场法的平均漂移力–:辐射相位角:辐射相位角•经常提取的量经常提取的量–附加阻尼附加阻尼–附加质量附加质量–RaoAQWA培训添加标题添加标题1-80 Warnings in AQWA LINE runGeneral warnings requirements reason•No. of elements 12000solution time•Normals point out modelling convention•No gapsforce balance•Facets cannot cut surface solution requirement•Dimensions < KR good practice AQWA培训添加标题添加标题1-81 Warnings in AQWA LINE runStage #1 checks (Geometric properties)•Area ratio of adjacent elements < 3•Aspect ratio > ⅓, •Element centres at least one facet radius apart 。
单元中心距离大于单元中心距离大于rj•Shape factor (scale for the regularity of panel) < 0.2 – warning < 0.02 – fatal errorNote: See AQWA-Course Appendix 3 for detail AQWA培训添加标题添加标题1-82 Warnings in AQWA LINE runStage #2 checks (hydrodynamic)•Longest side < 1/7 wavelengthFatal error if more than 5% fail 一个波一个波长内要有内要有7个个单元决定最大元决定最大频率率值越密网格,可越密网格,可计算的算的频率越率越高•Distance above sea bed must be > 0.5.rf (use non-diffraction elements otherwise)•Warning if nodes not connected to another element (for pressure contour, NPPP in Deck 0 no warning appears)•Minimum wave frequency (rad/s) > G:重量加速度。
重量加速度D:水深:水深决定最小频率值决定最小频率值AQWA培训。