AQWA-14.0-中文教程2-基础理论

©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.ANSYSAQWA—基础与理论汇报单位：安世亚太武汉分公司技术部汇报人：刘尧时间：2013年4月7日1©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.目录功能描述1AQWA基础2AQWA理论3WorkbenchHD42WorkbenchHTR5©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.1功能描述AQWA模型-衍射或非衍射平面单元-Morison单元•管单元tube•细长管状单元stub•附加质量阻尼单元disc-质点单元-系泊•线性弹簧•弹性系泊绳•中间浮标•捆绑•滑轮-防护-连接3©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.功能描述4AQWA模型——海洋环境-波浪•规则/不规则•时程波-波谱•Pierson-Moskowitz•JONSWAP•用户自定义•混合波-海流-风•均匀风•风谱•时程风载©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.功能描述辐射/衍射-多体结构相互影响-水动力系数（惯性系数&阻尼系数）-浮体运动曲线-漂移系数（近场、远场、二次传递函数矩阵）-剪力/弯矩-撕裂力-传递给结构的压力分布5©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.功能描述载荷传递-计算水动力载荷并传递至ANSYSMechanical6运动和压力AQWA压力分布ANSYS压力分布©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.功能描述平衡与稳性-静水平衡位置（包括系泊状态下）-系泊设计-动稳性频率主导-低频下浮体的运动响应-线性系泊系统的快速分析-响应谱图时间主导-不规则波多体时称运动分析-导入波高和时间关系-输入自定义载荷dll文件-输出运动和力随时间的关系-图形和动画结果显示7©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.2AQWA基础AQWA总体坐标系-AQWA总体坐标系基于固定参考坐标系（FRA：FixedReferenceAxes）•xy平面在水面平上•z轴垂直向上•右手定则•与东、南、西、北方位无关-刚体运动•平动：纵向surge、横向sway、垂向Heave•转动：横摇roll、纵摇Pitch、首摇Yaw-运动方向与几何定义有关8©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.AQWA基础水静力学-阿基米德定律•侵没水中物体的浮力=排开水的重量-静水压力9G：重心B：浮心浮力来源于湿表面上的压力差值©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.AQWA基础环境载荷方向-波浪、风、海流方向均为“去向”-由与X正方向逆时针夹角定义，0度为船尾指向船首，180度为船首指向船尾-AQWA中方向均定义为角度，而非弧度。10©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.AQWA基础相角-AQWA中，相角φ表示波峰在重心位置与当前波峰的时差dt-dt=φ*T/360，T为波浪周期-相角的正值表示波的滞后11©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.AQWA基础规则波-线性波(w:频率弧度/秒；k:波数)-stokes2阶波12kxt2coskA5.0kxtcosAa2kxtcosAa©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.AQWA基础不规则波-AQWA中波谱类型•Pierson-Moskowitz（PM）波谱•JONSWAP波谱•Gaussian波谱•用户自定义波谱•混合波谱13©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.AQWA基础风-均匀风-OchiandShin风谱-API风谱-NPD风谱-用户自定义风谱风海流-均匀速度海流-速度梯度海流14©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.3AQWA理论结构水动力15©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.AQWA理论衍射结构波浪力（采用壳单元建模）-入射力（Froude-Krylov力）：来源于不均布的表面压力-衍射力：水中结构改变波浪传递方向-辐射力：结构的晃动产生的波浪-漂移力：高阶波浪力16©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.AQWA理论非衍射结构波浪力（采用管单元建模）-对于细长的圆柱结构（D/λ0.2），如管单元，单位长度的水动力通过Morison方程计算：17©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.AQWA理论AQWA中的假设-不考虑流体粘性-理想流体、无旋、不可压缩边界条件必须满足-结构边界完整、线性自由面-海床边界-辐射条件（向前的速度修正为0速度，满足摇动辐射条件）有限深度一阶、二阶波浪力18©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.AQWA理论二次传递函数(QTF)深水区域，二阶波浪力对浮体影响较小；而在浅水域，二阶波浪力不能忽略（Pinkster，1980）19©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.AQWA理论运动方程-单位波幅下结构X方向的运动方程-这里Ms是结构的质量-Ma是附加质量（与波浪频率有关）-B是阻尼（频率相关）-C是静水刚度-F是波力（入射与衍射力）20©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.AQWA理论运动方程组成21©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.4WorkbenchHD22工具栏分析树详细窗口图形区©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.WorkbenchHD标准的Workbench工具栏AQWA特有工具栏23视图控制选择过滤器文件保存显示/隐藏单元边界打开/关闭目标高亮显示/隐藏海床和水面求解©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.WorkbenchHDWBHD树形显示-和其他Workbench应用一样，树形菜单和细节显示仿真分析流程与数据。-点击树形菜单中的一项，详细菜单显示该项的输入细节。24©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.WorkbenchHDWBHD树形显示25©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.WorkbenchHD模型与结果显示-主界面显示当前树形菜单中选择的项目•如果几何或者网格被选中，图形上会显示当前的几何和网格信息。•如果输出结果为文本，如“静力状态”结果，图形界面则显示文本信息。26©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.5WorkbenchHTRWBHTR是在WBHD功能的基础上，提供连接定义（系泊等）、海洋环境波浪、风、海流。WBHTR允许时间历程分析，可定义各种波浪类型-规则波-不规则波-慢速漂流27©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.WorkbenchHTR当施加海流、风载时，提供与海流/风速度有关的系数项。X和Y方向的转动项允许包括弯矩增量，弯矩与受载荷面心和重心位置之间的距离有关。28©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.WorkbenchHTR系泊线设置要求连接点一端在几何上，另一端在锚的位置(某固定处或者地面)。也可以用来连接两个浮动的结构。连接点设置可以选择输入某一点的坐标值，也可以选择一个存在的几何点。29©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.WorkbenchHTR锚的位置是一个点，可通过坐标定义，这个坐标一般是基于整体坐标系系泊线在Connection菜单中添加，可以连接两个浮动的结构，或者连接一个浮体与一个固定点。这里的连接刚度是为了在WBHD中考虑系泊线的影响，因为在WBHD中系泊线无法参与计算。30©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.WorkbenchHTRJoints设置也需要先建立连接点，Joint类型有四种-Ball&Socket球形连接-Hinged铰链-Universal万向节-Rigid刚性绑定Joint可以连接两个浮体，也可以连接一个浮体与一个固定点局部轴线用来控制连接的方向连接处可输入刚度、阻尼与摩擦31©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.作业2.1—ANSYSAQWAHDWorkshop2.1—ANSYSAQWAHydrodynamicDiffraction目标：-创建一个水动力衍射/辐射模型32©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.作业2.2—ANSYSAQWAHTRWorkshop2.2—ANSYSAQWAHydrodynamicTimeResponse目标：-创建一个系泊系统，做一个时间历程分析33©2012PeraCorporationLtd.Allrightsreserved.作业2.3—ANSYSAQWAArticulationsWorkshop2.3—ANSYSAQWAArticulations目标：-创建一个FPSO海上采油储油船的连接系统34