ANSYS AQWA培训技巧2

1、1-1ANSYS AQWA/ASAS 基础培训二基础培训二朱海飞朱海飞ANSYS-CHINA EBU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 ： 二维切片理论优点：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。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

2、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。 二维切片理论劣势：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剖面载荷和脉动压力精度不够，对海洋工程两者很重要添加标题添加标题1-4 引言 解决两个问题：解决两个问题： 三维浮体波浪载荷的计算：三维浮体波浪载荷的计算： 与二维势

3、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。 波浪力考虑二阶波浪力波浪力考虑二阶波浪力 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 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添加标题添加标题1-5 AQWA模块介绍LIBRIUMFERNAUTDRIFTLIN

4、E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ANSYSAGSFERNAUTDRIFTLINEEXCELFEMGVDAY1添加标题添加标题1-7 AQWA模块介绍流程LIBRIUMWAVEASAS(FE model) ANSYSAGSFERNAUTDRIFTLINEEXCELFEMGVDAY3&DAY4DAY2添加标题添

5、加标题1-8 AQWA模块介绍AQWALINE：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）AQWAFER: 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）随机波情况下悬链线张力分析机波情

6、况下悬链线张力分析AQWALIBRIUM：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),特征值模态以及动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。态平衡分析，分析时候考虑风浪流联合作用。添加标题添加标题1-9 AQWA模块介绍AQWADRIFT：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，

7、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AQWAGS(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AQWAWAVE：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添加

8、标题添加标题1-10 Moored TankerSemi Sub典型典型AQWA 模型模型添加标题添加标题1-11 TransportationFPSOSparShip in channel典型典型AQWA模型模型添加标题添加标题1-12 ANSYS-to-AQWA 界面界面添加标题添加标题1-13 AGS 型线网格生成型线网格生成添加标题添加标题1-14 Force & Response CurvesShear Force & Bending MomentAGS 后处理工具后处理工具添加标题添加标题1-15 Pressure contourWave surface conto

9、ur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添加标题添加标题1-17 AQWA理论 AQWA全局坐标系全局坐标系： 它是固定参考轴系（它是固定参考轴系（Fixed Reference Axes ）: 原点在静水线面上原点在静水线面上 X方向：从船尾到船头方向：从船尾到船头 Y方向：在船舶宽度方向上。方向：在船舶宽度方向上。 Z方向：船吃水高度方向方向：船吃水高度方

10、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.x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： 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 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 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Y添加标题添加标题1-19 AQWA理论 A

11、QWA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 原点在静水线面上原点在静水线面上 方向角度必须按照升序排列方向角度必须按照升序排列 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 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 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度方度方向角向角！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yxvq添加标题添加标题1-20 AQWA理论 AQW

12、A相位角（相位角（phase angle） 原点在静水线面上原点在静水线面上 在在AQWA中，相位角中，相位角( in degrees) 与时间差分的关系：与时间差分的关系： (dt= *T/360, T 是波浪周期是波浪周期). In AQWA, the ( 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 p

13、eak value. (dt= *T/360, where T is the wave period). 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添加标题添加标题1-21 AQWA理论 波浪形式：波浪形式： 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 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）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 A

14、IRY线性波线性波a = A cos (-t + kx) (: 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 STOKES二阶波二阶波 a = A cos (-t + kx) + 0.5 k A cos2(-t + 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 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 P-M spectrum JONSWAP spectrum User defined spectrum Gaus

15、sian 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)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 Uniform wind：均匀风：均匀风 Ochi 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。 API wind spectrum NPD

16、 wind spectrum User-defined wind spectrum AQWA支持的流类型支持的流类型 Uniform current：均匀流：均匀流 Profiled 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。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 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。 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

17、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 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,计计算时用绕射理论求解。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 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 波浪荷载常用特征波法和谱分析法确

18、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。 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

19、。此法简便易行，在海洋工程设计广泛应用。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

20、法。海洋工程结构设计中常用的有P-M和联合和联合(JONSWAP)谱。谱。 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 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

21、 incident waves.由于静止结构存在影响了波浪密度分布由压差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引起的压力-Radiation force: due to structures 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 force添加标题添加标题1-28 AQWA理论 波浪的绕射与辐射波浪

22、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 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

23、受到辐射势的载荷作用添加标题添加标题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 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） 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添加标题添加标题1-

24、30 AQWA理论莫里森方程莫里森方程 对于细长柱体单元（对于细长柱体单元（D/Loutput*.bmp，再用其它软件生成动画。，再用其它软件生成动画。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aqwaline.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

25、 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

26、 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 Every添加标题添加标题1-78 AGS后处理 Graphsfile,Open*.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