ANSYS-AQWA基础培训

1-1ANSYSAQWA/ASAS基础培训一ANSYS-CHINAEBU添加标题1-2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添加标题1-4引言•解决两个问题：三维浮体波浪载荷的计算：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而对横撑等小尺寸构件采用Morison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添加标题1-5AQWA模块介绍LIBRIUMFERNAUTDRIFTLINE模块之间相互关系WAVEASAS(FEmodel)波浪力通过wave传递波浪力频域分析法时域分析法运动响应变形响应添加标题1-6AQWA模块介绍LIBRIUMWAVEASAS(FEmodel)模块之间相互关系ANSYSAGSFERNAUTDRIFTLINEEXCELFEMGVDAY1添加标题1-7AQWA模块介绍流程LIBRIUMWAVEASAS(FEmodel)ANSYSAGSFERNAUTDRIFTLINEEXCELFEMGVDAY3&DAY4DAY2添加标题1-8AQWA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用于3D绕射/散射分析可以计算分析时考虑2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）随机波情况下悬链线张力分析•AQWA－LIBRIUM：包括停泊线的静/动稳定性分析。定义平衡位置，为AQWA,FER,DRIFT,NAUT输出平衡位置，初步的停泊设计。可以输出结构平衡位置已经回覆力(矩)倾覆力（矩),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。添加标题1-9AQWA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(GRAPHICSUPERVISOR):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有限元模型中添加标题1-10MooredTankerSemiSub典型AQWA模型添加标题1-11TransportationFPSOSparShipinchannel典型AQWA模型添加标题1-12ANSYS-to-AQWA界面添加标题1-13AGS型线网格生成添加标题1-14Force&ResponseCurvesShearForce&BendingMomentAGS后处理工具添加标题1-15PressurecontourWavesurfacecontour船体周围浪的变化形式。Diffractedwavesurface势表面以下的压力变化AGS后处理添加标题1-16基础培训二•1、AQWA模块介绍•2、AQWA理论介绍•3、AQWA-LINE介绍•4、AGS界面介绍之一添加标题1-17AQWA理论•AQWA全局坐标系：它是固定参考轴系（FixedReferenceAxes）:原点在静水线面上X方向：从船尾到船头Y方向：在船舶宽度方向上。Z方向：船吃水高度方向NOTE:节点数15000，水下势表面单元80000zyW.L.x添加标题1-18AQWA理论•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XaxisWavedirection(orcurrent,wind)positiveangle入射波波角Y添加标题1-19AQWA理论•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yxvq添加标题1-20AQWA理论•AQWA相位角（phaseangle）原点在静水线面上在AQWA中，相位角(Φindegrees)与时间差分的关系：(dt=Φ*T/360,T是波浪周期).InAQWA,the(Φindegrees)ofaparameterdefinesthetimedifference(dt)fromthetimewhenthewavecrestisattheCoGofthestructuretothetimewhentheparameterreachesitspeakvalue.(dt=Φ*T/360,whereTisthewaveperiod).负的相位角表明滞后于波浪行进方向添加标题1-21AQWA理论•波浪形式：规则波AQWALINENAUT(缺省设置）可以用到随机波以波浪谱的形式定义AQWALIBRIUMFERDRIFTNAUT可以用到NOTE:在AQWADIRT中可以输入波高时间历程曲线（面）添加标题1-22AQWA理论•规则波浪类型AIRY线性波a=Acos(-ωt+kx)(ω:频率radians/sec;k:波数)AQWALINE,LIBRIUM,FER,DRIFT,NAUT（可选）都会用到STOKES二阶波a=Acos(-ωt+kx)+0.5kA²cos2(-ωt+kx)一阶项二阶项AQWANAUT缺省波浪类型添加标题1-23AQWA理论•AQWA支持的随机波谱P-MspectrumJONSWAPspectrumUserdefinedspectrumGaussianspectrumforCrossSwellNOTE:随机波浪有以下两种形式:a.Longcrestedwaves长峰波;b.Shortcrestedwaves短峰波,ieaspreadsea(onlyforAQWALIBRIUMandFER)添加标题1-24AQWA理论•AQWA支持的风载荷Uniformwind：均匀风OchiandShinwindspectrum：风随海平面力、能量是变化的。APIwindspectrumNPDwindspectrumUser-definedwindspectrum•AQWA支持的流类型Uniformcurrent：均匀流Profiledcurrentvelocity：从海的到水平面是变化的。非均匀流。添加标题1-25AQWA理论•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添加标题1-26AQWA理论•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。添加标题1-27AQWA理论•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（plateelement）-Incidentwaveforce(Froude-Krylovforce):fromthepressureintheundisturbedwaves.无扰动的波浪引起的压力-Diffractionforce:duetostationarystructuredisturbingtheincidentwaves.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-Radiationforce:duetostructure’soscillationwhichgenerateswaves.结构的振动激起的波浪产生的波浪力-Driftforce(netforceduetohighordereffect)考虑波浪力的高阶效应，波浪力的高阶项都归于Driftforce添加标题1-28AQWA理论•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添加标题1-29AQWA理论•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：tubeelement）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），阻尼力会大些添加标题1-30AQWA理论•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：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DVVCCXFda5.0)1(..添加标题1-31AQWA理论•波浪力组成FluidforceHydrodynamicHydrostaticFixedstructureinwavesAmbientpressure(incidentwaveorFroude-Krylovforce)Effectofstructureonwaves(Diffraction)Movingstructureinstillwater(Radiationforce)In-phase(AddedMass)Out-of-phase(Radiationdamping)F()K.xMa().xC().x添加标题1-32基础培训二•1、AQWA模块介绍•2、AQWA理论介绍•3、AQWA-LINE介绍•4、AGS界面介绍之一添加标题1-33AQWA-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2ndorder3D（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Sourcedistributionapproach(boundaryintegrationmet