AQWA經(jīng)典版_各模功能理論解析

1、2010-3-41-5模塊之間相互關(guān)系A(chǔ)SAS(FE model)EXCEL2010-3-4jgff AQWA 丄 INEI-S 段(stages)4. 5 段謂用其鱷序計(jì)算如=AQWA-L1BRIUM.Example:填寫RESTART card調(diào)用AQ.VA*LiriE結(jié)果文件2010-3-31-39ANSYS*一般的分析步驟Step-!:- _ _AQWAXTNE_run(Restart 1 to 3)Iri卩iKFilesOutput FilesI SepjrAQWK-UBKIlft-run (Restart 4 to $)卜 * Mi i* *. .M. _ai&. i&am

2、p; i& i& i& 斗 _ _ _卷.尹千 _ . . n .Input Files ; Output FilesHydroStaticsDiff / RadiationFroude-KrylovDriftForceMoori ngForceDragLINELINLINLIN2ndorder-LIBRIUMeqmNONLINLIN2ndorderNONLinearisedLIBRIUMstabilityLINLINLIN2ndorderLINLinearisedFERLINLINLIN2ndorderLINLinearisedDRIFTLINLINLIN2ndord

3、erNONNONNAUTNONLINNON-NONNONAQWA Trai ning Course125郎般1噸 創(chuàng)按或J聖CENTURY DYNAMICSL I M I T E DAQWA 介紹? AQWA全局坐標(biāo)系：它是固定參考軸系（Fixed Reference Axes）:原點(diǎn)在靜水線面上X方向：從船尾到船頭Y方向：在船舶寬度方向上。Z方向：船吃水高度方向NOTE:節(jié)點(diǎn)數(shù)最大15000,水下勢(shì)表面單元最大8000? AQWA風(fēng)浪流方向說明：在AQWA風(fēng)浪流的方向指的是其傳播方向風(fēng)浪流方向角是指風(fēng)浪流傳播方向與x軸逆時(shí)針方向的夾角在AQWA中定義風(fēng)浪流方向只需輸入方向角度（度）即可? A

4、QWA輸入文件中風(fēng)浪流方向編輯規(guī)則原點(diǎn)在靜水線面上方向角度必須按照升序排列對(duì)于非對(duì)稱結(jié)構(gòu)可以輸入-180至180度方向角 對(duì)于關(guān)于x軸對(duì)稱（symx）結(jié)構(gòu)可以輸入0至180度方向角對(duì)于同時(shí)關(guān)于x軸，y軸對(duì)稱（symx和symy）結(jié)構(gòu)可以輸入0至90度方 向角? AQWA相位角（phase angle）原點(diǎn)在靜水線面上在AQWA中，相位角（in degrees）與時(shí)間差分的關(guān)系：（dt=*T/360,T是波浪周期）.負(fù)的相位角表明滯后于波浪行進(jìn)方向?規(guī)則波浪類型AIRY線性波a = A cos （-wt + kx） （w:頻率radians/sec; k:波數(shù)）AQWALINE, LIBRIUM

5、, FER, DRIFT, NAUT（可選）都會(huì)用到STOKES二階波a = A cos （-wt + kx） + 0.5 k A2 cos2（-wt + kx）一階項(xiàng) 二階項(xiàng)AQWA NAUT的缺省波浪類型? AQWA支持的隨機(jī)波譜P-M spectrumJONSWAP spectrumUser defined spectrumGaussian spectrum for Cross SwellNOTE:隨機(jī)波浪有以下兩種形式:a.Long crested waves長(zhǎng)峰波;b. Short crested waves短峰波, ie a spread sea (only for AQWA LI

6、BRIUM andFER)AQWA支持的風(fēng)載荷Uniform wind：均勻風(fēng)Ochi and Shin wind spectrum：風(fēng)隨海平面力、能量是變化的。API wind spectrumNPD wind spectrumUser-defined wind spectrum? AQWA支持的流類型Uniform current：均勻流Profiled current velocity：從海的到水平面是變化的。非均勻流。?波浪載荷概述 波浪荷載是由波浪水質(zhì)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的。 波浪是一隨機(jī)性運(yùn) 動(dòng)，很難在數(shù)學(xué)上精確描述。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件(部件)的直徑小于波長(zhǎng)的20時(shí)，波浪荷載的計(jì)算通

7、常用半經(jīng)驗(yàn)半理論的美國(guó)莫里森方程大于波長(zhǎng)的20時(shí)， 應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)對(duì)入射波場(chǎng)的影響,考慮入射波的繞射,計(jì)算 時(shí)用繞射理論求解。影響波浪荷載大小的因素很多， 如波高、波浪周期、 水深、結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、 群樁的相互干擾和遮蔽作用以及海生物附著等 波浪荷載常用特征波法和譜分析法確定。 對(duì)一些特殊形狀或特別重要的海洋 工程結(jié)構(gòu)， 除了用上述的方法進(jìn)行計(jì)算分析外， 還應(yīng)進(jìn)行物理模型試驗(yàn)， 以 確定波浪力。特征波法： 選用某一特征波作為單一的規(guī)則波， 并以它的參數(shù) (有效波高、 波浪周期、 水深) 和結(jié)構(gòu)的有關(guān)尺寸代入莫里森方程或繞射理論的公式， 求 出作用在結(jié)構(gòu)上的波浪力。此法簡(jiǎn)便易行，在海洋工程設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)

8、用。譜分析法： 利用海浪譜進(jìn)行波浪荷載計(jì)算、 結(jié)構(gòu)疲勞和動(dòng)力響應(yīng)分析的一種 方法。 把波浪作為隨機(jī)性的、 由許多不同波高和波周期的規(guī)則波線性迭加而 成的不規(guī)則波，用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法收集、分析處理波浪觀測(cè)數(shù)據(jù)， 由于它能較精確地反映波浪的能量分布規(guī)律，所以是一種比較理想的方法。 海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的有P-M和聯(lián)合(JONSWAP)譜。? AQWA處理作用在結(jié)構(gòu)上的波浪力 三維浮體波浪載荷的計(jì)算：與 二維勢(shì)流理論 不同的是，此方法把平臺(tái)結(jié)構(gòu)作為 一個(gè)整體，在平臺(tái)水下部分的表面上劃分網(wǎng)格，根據(jù) 三維源匯分布理論 ，采用 面元數(shù)值計(jì)算方 法求解平臺(tái)在波浪中受到的載荷。波浪力考慮二階波浪力而對(duì)

9、橫撐等小尺寸構(gòu)件采用Morison方程計(jì)算載荷加載到有限元模型中，實(shí)現(xiàn)浮體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核對(duì)繞射結(jié)構(gòu)（用平面單元建模（plate element）Incident wave force （Froude-Krylov force）:無擾動(dòng)的波浪引起的壓力Diffraction force:靜止結(jié)構(gòu)的存在影響了波浪密度分布由壓差引起的壓力Radiation force:結(jié)構(gòu)的振動(dòng)激起的波浪產(chǎn)生的波浪力Drift force考慮波浪力的高階效應(yīng)，波浪力的高階項(xiàng)都?xì)w于Drift force對(duì)細(xì)長(zhǎng)管結(jié)構(gòu)（用莫里森單元建模（比如：tube element）指F=相對(duì)加速度慣性力和相對(duì)速度引起的阻尼力求解的。使

10、用莫里森方程求解如果不滿足細(xì)長(zhǎng)管，用三維勢(shì)流理論。NOTE: Morison結(jié)構(gòu)適用于：細(xì)長(zhǎng)管（直徑和管的長(zhǎng)度之比小于0.2），阻尼力會(huì)大些莫里森方程對(duì)于細(xì)長(zhǎng)柱體單元（D/LV0.2）比如管單元，每個(gè)單元上單位長(zhǎng)度的波浪 力可以按照莫里森方程計(jì)算得到，莫里森方程如下：F二X(1 Ca)門0.5CdVV D其中 Ca 和 cd 為附加質(zhì)量和單元拉力系數(shù) - J 為單位長(zhǎng)度單元體積， D 為單元的直徑?波浪的繞射與輻射波浪的繞射：波浪在向前傳播遇到結(jié)構(gòu)物以后，在結(jié)構(gòu)表面會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向外散射的波，入射波與散射波的疊加達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)將形成一個(gè)新的波動(dòng)場(chǎng)，在這樣的波動(dòng)場(chǎng)中結(jié)構(gòu)所受到的載荷稱為波浪的繞射作用波浪

11、的輻射：以一定模態(tài)小振幅振蕩運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定的波浪場(chǎng)中產(chǎn)生一個(gè)向外輻射的波動(dòng)場(chǎng)，波動(dòng)場(chǎng)中的結(jié)構(gòu)必然會(huì)受到輻射勢(shì)的載荷作用?二階波浪力包括二階平均漂移力、差頻力和和頻力三部分，錨泊的深水半潛式平臺(tái)， 階波浪力在數(shù)值上比一階力小得多，但由于波浪本身的非線性相互作用會(huì)產(chǎn)生對(duì)結(jié)構(gòu)物的差頻作用，又由于錨泊系統(tǒng)水平方向的回復(fù)力和阻尼力都很 小，即其對(duì)應(yīng)的固有周期較大，結(jié)構(gòu)物會(huì)在二階平均漂移力和差頻二階力的作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振。 因此二階波浪力的研究對(duì)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)深水平臺(tái)的受力 和運(yùn)動(dòng)具有重要的意義，。2階平均慢漂力計(jì)算F Fs（2）= -d d| :V- - P PndSdS4）遠(yuǎn)場(chǎng)求解（動(dòng)量能量守恒） 水d

12、SRQVd一Wnd - sRndQertical cylindrical boundary surrounding the structure in thet tSSRfRow field with a large radius R,大直徑流場(chǎng)內(nèi)，環(huán)繞結(jié)構(gòu)圓柱體垂直邊界I】:環(huán)繞結(jié)構(gòu)表面以及SR的fluid體積特點(diǎn)：更高的精度；Horizontal force/moment only只求解垂直方向的力/力矩;能求解單個(gè)結(jié)構(gòu)（或是不考慮結(jié)構(gòu)之間的交互作用情況下的多體）2) 近場(chǎng)求解(pressure/motion integration method)2 Fs(t2)=T0.5Pg 2ndl十0

13、.5護(hù)旳ndSWLS0)ndS Ms.R.XWL:結(jié)構(gòu)表面的平均吃水SO :平均濕表面特點(diǎn)： 可以求得結(jié)構(gòu)6自由度的力和力矩；多體水動(dòng)力學(xué)交互作用? 確定靜態(tài)平衡位置的方程Xj十=Xj K(Xj) F(Xj)K系統(tǒng)剛度矩陣，.F力矩陣，程序迭代至AX=|Xj+1-Xj |系統(tǒng)給定容差( momentum conservation method)? 時(shí)域運(yùn)動(dòng)方程表征：M MsX(t)=F(t)X(t)=F(t)F(t):浮體結(jié)構(gòu)上所有受力狀況包括入射力、繞射力、輻射力、纜索張 力、漂移力、拉力(推進(jìn)器，駁船等)、約束力(如錨與海床)等? 如何處理波浪譜將圖形分為面積相等的N個(gè)截面定義N個(gè)小波，小

14、波頻率取界面中線對(duì)應(yīng)的頻率值(最多200個(gè)小波) 將這些小波按照隨機(jī)相位角疊加起來Nz(x,t)二aicoskjX -jt) )i=1AQWA-LINE ：AQW A-LINE是用于計(jì)算浮體結(jié)構(gòu)在常規(guī)波中響應(yīng)問題的計(jì)算程序，此程序可以 單獨(dú)運(yùn)行也可以跟AQW A軟件包其他軟件聯(lián)合求解，AQW A-LINE的主要分析技術(shù)是 水波的輻射/衍射理論。常規(guī)波浪在行進(jìn)過程中經(jīng)常會(huì)受浮體結(jié)構(gòu)的影響而產(chǎn)生衍射。 程序可以計(jì)算浮體結(jié)構(gòu)的一階或是二階波浪力(考慮波浪力二階項(xiàng)的3D繞射散射分析 程序2nd order 3D)。計(jì)算波浪力及結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，計(jì)算的水靜力學(xué)程序用于3D繞射/散射分析AQWA提供了方便的重啟

15、動(dòng)方式，如完成AQW A-LINE計(jì)算后，要執(zhí)行其他模塊 計(jì)算如考慮粘性阻尼，停泊線剛度，就可以用重啟動(dòng)方式直接調(diào)用AQW A-LINE計(jì)算結(jié)果，而不需要再執(zhí)行AQWA-LINE基本格林函數(shù)計(jì)算，這樣極大的提高了求解效率。AQW A-LINE特點(diǎn)AQW A-LINE計(jì)算時(shí)考慮了浮體結(jié)構(gòu)及臨近的固體結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力相互影響。AQW A-LINE能夠處理淺水效應(yīng)，這時(shí)需考慮波浪力高階項(xiàng)?？梢运闳我?水深。其它程序只能算有限水深。AQW A-LINE可以計(jì)算由波浪輻射衍射引起的任意形狀的浮體結(jié)構(gòu)周圍的 波浪力。AQW A-LINE使用典型的格林函數(shù)方法求解浮體結(jié)構(gòu)的波浪力，AQWA中網(wǎng)格的每個(gè)單元給定一

16、個(gè)脈動(dòng)源。 ，AQW A-LINE在計(jì)算波浪力的同時(shí)也求得浮體的附加質(zhì)量和輻射阻尼，這些數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在AQWA數(shù)據(jù)庫文件(.hyd&.res)中，其他模塊可以用重啟動(dòng) 的方式調(diào)用這些數(shù)據(jù)。另外通過AQW A-LINE的求解，浮體六個(gè)自由度方向上的運(yùn)動(dòng)與相應(yīng)的穩(wěn) 態(tài)波浪漂移力就相互聯(lián)系起來?？傻玫礁郊淤|(zhì)量、附加阻尼、衍射力、漂移力、RAO等水動(dòng)力學(xué)參數(shù)；一 二階均可求解；遠(yuǎn)/近場(chǎng)求解二階平均漂移力頻率算法 ；邊界積分算 法(Source distribution approach (boundary integrationmethod)；計(jì)算差頻，和頻;多體水動(dòng)力學(xué)交互作用計(jì)算;有航 速的水

17、動(dòng)力計(jì)算Mean drift forces平均慢漂力的計(jì)算:1)遠(yuǎn)場(chǎng)精度高，但只能計(jì)算平面運(yùn)動(dòng) 的二階力，只能計(jì)算單個(gè)結(jié)構(gòu)。2)多剛體運(yùn)動(dòng)時(shí)一定用近場(chǎng)解。AQWA LINE的常用選項(xiàng)DATA用于檢查輸入數(shù)據(jù)(LBDFN)GOON用于忽略一般警告(L)REST定義開始過程(LBDFN)LDOP載荷輸出-輸出.POT和.USS文件用于壓力計(jì)算(例如壓力顯示, SF/BM) (L)PRCE為Decks 1-5 (LBDFN)設(shè)置打印項(xiàng)PPEL為每個(gè)單元設(shè)置打印屬性（LBDFN）NPPP無壓力后后處理-阻止節(jié)點(diǎn)連接警告ALDB Aqwa-Line數(shù)據(jù)庫-reads in AQWA-LINEdataba

18、seTAKE CARENQTF使用近場(chǎng)求解，用于漂浮力系數(shù)CQTF計(jì)算QTF矩陣PFIX Partially FIXedAQWA-LINE理論? AQWA-LINE是3D衍射和輻射分析程序，通過大量的板格來描述結(jié)構(gòu)，在每個(gè)板 格中心有源點(diǎn)（asource）,程序會(huì)求解受到如下邊界條件時(shí)源點(diǎn)的強(qiáng)度：1）沒有水流穿過船體2）沒有水流穿過海底3）板格為自由面這樣就可以在任意點(diǎn)計(jì)算出壓力和速度? AQWA LINE的3D線性波理論假設(shè)流體無旋，不可壓；小波（small wave elevation）；無粘性速度勢(shì)能控制方程（拉普拉斯方程）：2=0 （V）體的邊界條件：C-Vs）.n= 0自由表面運(yùn)動(dòng)條

19、件:線性化之后:自由表面動(dòng)力條件:p1/g = constt 2D(z-)Dtie *) = 0線性化之后：d *g二0t、=0 when z；: for deep water= 0atz=-d (sea bed) for shallow water .:z輻射條件：輻射條件是一種物理狀態(tài)，使波不會(huì)在錯(cuò)誤的方向上傳遞，如水穿透船體,從而避免數(shù)上的不確定性。其數(shù)值方法：勢(shì)能項(xiàng)的線性疊加6=飛上=(冷)j.Xjetj=1式中：下標(biāo)I是入射波，d是衍射波，j=1,2,6是6個(gè)自由度的輻射波，x是單位波幅下結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng).對(duì)于有限水深d,入射波的勢(shì)能為 知igcoshk(z+d)eik(xcosT+仙師)

20、e屮 Ie=式中k是波數(shù)，定義為：gkta nh(kd)使用脈沖源分布(pulsating source distribution)求解衍射和輻射波勢(shì)能coshk(z d)coshk( d)J0(kr)式中：2vi/ g = ktanh(kd)r J (x- )2(y- )2R(x- )2(y- )2(z- )2組合自由表面條件Z海底邊界條件:cosh(kd)1(x, y,z)二4兀s式中：6是輻射體強(qiáng)度(source strength)的坐標(biāo)；(Z,耳),是S上源點(diǎn)坐標(biāo)；G為格林函數(shù)， 有邊界條件(除了體邊界條件).G可以表達(dá)為：G(x,y,z;,)二丄丄2pv(足R R0#sinh(d)-

21、cosh(d)G(x, y, z; , , )ds；S是入水結(jié)構(gòu)面；( (x,y,z)為流域中域點(diǎn)是求解Laplace方程的基礎(chǔ)，并且滿足所cosh(d)cosh(z d)J0( r)d-2 2)(k -v丿(k2_v2)d +vR二 一(x- )2(y -)2(z 2d )2pv表示積分的principal value; JO是Bessel函數(shù)的第一項(xiàng)在每個(gè)板格結(jié)構(gòu)表面上的源強(qiáng)度(source strength)假設(shè)為常數(shù)，通過 體邊界條件求解積分方程計(jì)算：1z、1x,y,z;,),(x,y,z)ds24s:n對(duì)于衍射勢(shì)能，在結(jié)構(gòu)表面由于入射勢(shì)能產(chǎn)生的法向速度會(huì)變?yōu)榱?，而所減少的法向 速度會(huì)

22、轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng).?壓力和第一階波浪力的計(jì)算一旦計(jì)算了源點(diǎn)強(qiáng)度和勢(shì)能，從線性化的Bernoulli方程(線性泊努利方程)中可以計(jì)算每個(gè)板格的水動(dòng)力壓力：第一階波浪力是通過在體表面上進(jìn)行積分得到的-P -t二階平均漂浮力計(jì)算:常用的二階平均漂移力計(jì)算方法有兩類一類是基于動(dòng)量一類是基于壓力積分的近場(chǎng)積分法。前者是對(duì)浮體周圍的流體應(yīng)用動(dòng)量和能量守恒定理推 導(dǎo)出二階力，后者是利用攝動(dòng)展開得到二階流體壓力，然后將二階壓力沿著物體濕表面積 分求解出二階漂移力。1)遠(yuǎn)場(chǎng)求解(Far field solution)(動(dòng)量守恒方法，只用于水平力 ) ):為了使方程在無窮遠(yuǎn) 處有解，需要引入一個(gè)無窮遠(yuǎn)的地方的遠(yuǎn)場(chǎng)條

23、件，以保證無限遠(yuǎn)處有外傳波。壓力以及1階波浪力的求解：結(jié)構(gòu)上的每個(gè)面元求解采用線性泊努利方程F？二-d, vd -PndSdtoSR/八d匚VVndS- PndSi：tSRSR式中SR是在流場(chǎng)結(jié)構(gòu)周圍的垂直圓柱邊界其半徑為R，門是SR的流體體積，The mean force is the time average of the above expression and the first order term becomeszero. The pressure includes the non-linear term in the Bernoulli equation and therefor

24、e will notdisappear.2)近場(chǎng)求解( (壓力對(duì)于六個(gè)自由度進(jìn)行積分方法):卜2Fs(2)=勺0.5Pg：r2ndl+H0.5P|z| ndSWLS0(X. )n dS MsRXgS0戲式中WL為水線位置；Zr是相關(guān)波表面(relative wave surface elevation); S0水下 結(jié)構(gòu)表面;X結(jié)構(gòu)表面的運(yùn)動(dòng)；MS結(jié)構(gòu)的質(zhì)量；R是結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)矩陣；Xg是結(jié)構(gòu)中心加速 度.(x,y,z)二能量守恒的遠(yuǎn)場(chǎng)積分法，另?二次傳遞函數(shù)(QTF)Components at both difference and sum frequencies。Each with real

25、and imaginary partsN NF（2）（t）_、RcosL 二- jt 打 -；jcosLj；j ；j i A j AN N ”亠二二QsinL）_ .）t亠：）-；j 1 -Qjsin1-j；i，；j卜i=1 j 3其中：Rj（=14* gj.jcos（；j二；j） ndlWaterl inein tegralWL+ 打M毋jndSS0I.Xi.j）ndSSo譏Ms.Ri.Xgjc*（2）-.n .dS結(jié)構(gòu)在波浪中的響應(yīng)X是通過計(jì)算下面方程得到：-2(MsMaC) -i C( ) KX( ) = F()式中Ms是結(jié)構(gòu)質(zhì)量，Ma是附加質(zhì)量，C是阻尼，K流體剛度，F(xiàn)是波浪力(包括衍

26、 射和輻射力).?流體靜力和靜力矩(Hydrostatic Forces and Moments作用域結(jié)構(gòu)的靜水力是通過對(duì)作用于結(jié)構(gòu)濕表面上靜水壓強(qiáng)的積分得到的，力矩相對(duì)于結(jié) 構(gòu)的重心。靜水壓力和力矩表達(dá)式如下position vector w.r.t centre of gravityliydiostatic pressure （i,e. -pgZ）the ounvard iionnal rector of the bodv surfacerthe wetted surface of rtie body at ail instant in time靜水力剛度矩陣（Hydrostatic St

27、iffness Matrix）BernoulliAccelerati onMome ntum2nd order potentialNS（t對(duì)剛體在某個(gè)平衡位置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，我們需要有每個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度矩陣，相對(duì)于剛體重心運(yùn)動(dòng)且靜水壓力考慮了剛體質(zhì)量的作用時(shí)，剛度矩陣的表達(dá)式為：K53=A= jydAAK35 = K53 = -xdAAAC44 = j y2dA + 2或*volAK45 = K54 = -dAAK46 = -xsb volK55 = x2dA + zsbvolAK56 = volA為水線面面積；xyz為在船體固定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；Xgb, ygb和Zgb為相對(duì)重心的浮心坐標(biāo)。注意當(dāng)

28、浮體處于自由浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)K46 and K56將為0剛度矩陣對(duì)稱。?衍射/輻射波力Fundamental Calculations assuming zero forward speed勺情況下：住;YfZt計(jì)=魚YfZ/廠 36 .XrYrZ）ef=（孫+如）+ 工孫巧|im00000000K3300K4300K.3000000000K34K350K44K45K46K54KMAT56000K/Q/S PSincident wave potential diffiacted wave potentialpotential due to j th motion th-motion (per imi

29、t waveamplitiide) frequency of incident wave枷=_7ges力Md + Zje舊初砒cocosh(kd )d = depth of waterk = wave munber (i.e. 2*n/wa*elength)9 = wave diiection (0 degrees along X axis direction)= gfr taxili(fcy)Fj = - Pnj dS=- jlop+ 0)nj dS s sactive force (per unit wave ampfitude) liij-tli dnectiongeneralised

30、surface nonnal for j-th direction(nnyn) N, (nfnn6) =尸x N wetted surface ofthe body in equilibriumF”= - PjUjdS = - icop(piUj dSssreactive force (per unit wave amplitude) in tbej-th direction, due to the i-th motion.P-peFroude-KiylovDiffiactionForce-icop(pdnj dS SF copXj&6科jdS ff- ft?y)r +(j -y)J

31、+COS-(y7- + yy)r + (fj + y)/亍=1j=l+ 工工gy siii-(-+ (- - Ej)-。石siii+ e) + (-幻)?=1 ? =1其中，用二=仏COS( E7), fdl Waterline integial4AccelerationMomentimi-P1-2Off2_(FxN)dS+陽討“Hwl麗$Benioulli2ndorder potential?波頻運(yùn)動(dòng)求解所用方程為M(s)X + M(a)X + CX + K(s)X = FM(s)結(jié)構(gòu)質(zhì)量矩陣M(a)=流體力學(xué)附加質(zhì)量矩C線性阻尼矩陣K(s)系統(tǒng)總剛度F作用于系統(tǒng)的總外力(每單位幅值的力)X

32、 =結(jié)構(gòu)響應(yīng)(或者RAO)其中：亠 3為波浪力的頻率等式可化簡(jiǎn)為：H1其中，H =(K(s)-M(s) + M(n)y2Xp=T XRAO的計(jì)算公式：其中= RAO$ at tlie centre of gravityT = translation niatiix behveen rhe centre of gTiiviry and the point P.AQWA-Librium? AQWALIBRIUM：可以綜合考慮外部環(huán)境載荷（風(fēng)，浪，流）及浮體間通過鉸 接或停泊線連接的產(chǎn)生的相互作用力，確定浮體的的平衡位置。同時(shí)在計(jì)算浮體任 意位置的浮力時(shí)， 它也考慮水線面以上的單元的影響。 這些載荷

33、， 再加上浮體自重， 最終確定了浮體的六個(gè)自由度方向上的平衡位置。包括停泊線的靜/動(dòng)穩(wěn)定性分析。定義平衡位置， 為AQWA, FER, DRIFT, NAUT輸出平衡位置， 初步的停泊設(shè)計(jì)。 可 以輸出結(jié)構(gòu)平衡位置已經(jīng)回覆力（矩）傾覆力 （矩）,特征值模態(tài)以及動(dòng)態(tài)平衡分析，分析時(shí)候考慮風(fēng)浪流聯(lián)合作用。靜平衡分析，浮體系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)。? AQW A-LIBRIUM用于確定平衡位置， 靜穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性， 結(jié)構(gòu)是以很小的步驟 移動(dòng)直到力平衡，從而找到平衡位置，然后，程序計(jì)算線性化剛度矩陣的特征值， 得到靜穩(wěn)定性，通過阻抗矩陣的特征值得到動(dòng)穩(wěn)定性，AQW A-LIBRIUM可以同時(shí) 定義多個(gè)波譜

34、，程序會(huì)按照設(shè)定順序逐一計(jì)算，最后以表格的形式的輸出結(jié)果文件? AQW A-LIBRIUM用于確定浮體系統(tǒng)的靜態(tài)平衡位置， 計(jì)算錨鏈線張力和確定其在 該位置的靜動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，程序有三大功能：找到靜態(tài)平衡位置，計(jì)算錨鏈力，評(píng)估靜態(tài)穩(wěn)定性特征給出靜態(tài)平衡位置，評(píng)估初動(dòng)穩(wěn)定特征給出靜平衡位置，計(jì)算錨鏈力，評(píng)估靜動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性?平衡位置，穩(wěn)性和動(dòng)穩(wěn)性計(jì)算特點(diǎn)：復(fù)雜船舶/近海結(jié)構(gòu)系統(tǒng)支持各種各樣纜索，防護(hù)裝置，滑輪（pulley）,絞車（winch）各種約束條件設(shè)置風(fēng)浪流聯(lián)合下的平衡位置計(jì)算Database approach for static catenary mooring line;纜索動(dòng)力學(xué)的有限元

35、方法（非剛體AQWA唯一一處采用有限元方法）計(jì)算 張力和變形迭代方法確定平衡位置通過計(jì)算特征值線性剛度矩陣求得浮體穩(wěn)性（static stability）給初特征值阻抗矩陣確定浮體的動(dòng)穩(wěn)性? AQWA LIBRIUM有用的選項(xiàng)：STAT只計(jì)算穩(wěn)性（static stability）只用于靜穩(wěn)定性分析DYNA只計(jì)算動(dòng)穩(wěn)性（dynamic stability）只用于動(dòng)力穩(wěn)定性分析LSTF線性剛度，直接調(diào)用AQW A-LINE計(jì)算得到的水靜力剛度PBIS每?jī)蓚€(gè)積分步輸出一次數(shù)據(jù)（每個(gè)step輸出所有數(shù)據(jù)）打印迭代步REST - RESTART Option This option is used w

36、hen the program is being restarted atany stage greater than the first （see Section 5.2）. A restart card must follow theoptions list when the restart option is used. This card indicates thestage at which the program is to continue and the stage at which the program is to stop (see AQWAReference Manua

37、l). DATA - DATA Option This option is used to check the data input to the program,and is equivalent to performing the first two stages of the program analysis (see Sections 6.1 and 6.2).If the data is correct, then the program would be restarted at Stage 3 of the AQW A-LIBRIUM analysisby using the R

38、ESTART option.PRST - PRINT GLOBAL STIFFNESS MATRIX This option causes the global stiffness matrix, whichis computed in the equilibrium analysis (Stage 5), to be output. PPEL - PRINT PROPERTIES of EachElement on Each Structure This option allows the user to output complete details of each elementused

39、 in the body modelling. All important details of the body elements are output together with theresultant properties of the bodies. It should only be used when running AQW A-LIBRIUM as anindependent program.ALDB - READ AQWA-LINE DATABASERead the hydrodynamics databasefrom the hydrodynamics (.HYD) fil

40、e created by a previous AQW A-LINE run. This option is used:(i) if the user wishes to modify the hydrodynamic data calculated in a previous AQW A-LINE run,without having to re-run the AQWA-LINE radiation/ diffraction analysis.(ii)(ii) if the user is setting up an analysis with several structures, an

41、d wishesto pick up the hydrodynamic data for one or more structures, calculated in a previousAQWA-LINE runRDDB - READ DATABASE Read the hydrodynamics database from the restart (.RES) filecreated by a previous AQW A-LINE run. This option is used if the user wishes to modify thehydrodynamic data calcu

42、lated in a previous AQW A-LINE run, without having to re-run theAQW A-LINE radiation/ diffraction analysis. Note: Normally, this would be done using theoption ALDB (see above). The RDDB option is only needed if the hydrodynamics file from theprevious AQW A-LINE run has been accidentally deleted. Not

43、e that, as the model definition hasto be read from the restart file before the hydrodynamics can be read, there is no possibility tochange the model definition, when using this option (use ALDB instead).PRDL - PRINT DATA LIST FROM RESTART FILE This option causes the program to read thedata contained

44、 within the restart backing file and output it to the user. Typically all bodymodelling information is output, together with environmental wave loading details.LSTF - LINEAR STIFFNESS This option is used to instruct the program to use the linearstiffness matrix calculated by AQWA-LINE, instead of ca

45、lculating the hydrostatics byintegrating over the wetted surface.RNDD - Reynolds No Drag/C for Morison Elements (switched by SC1/ CARD) This option causes dragcoefficients to be set to zero, i.e. switches off the Morison drag calculations on tube elements. Together withthe SCI/ card in Deck 17 this

46、option causes drag coefficients to be calculated using the Wieselburger curve forReynolds number dependent drag coefficients.PBIS - Print Force Components at Each Iteration Step This option causes the program tooutput the component forces acting on each structure （e.g. gravity, hydrostatic, current,

47、 andmooring forces） for each iteration.PRCE - Print Card Echo For Decks 1 to 5 This option causes the program to echo the inputreceived by the program in reading Decks 1 to 5. This is the body modelling data and the staticenvironment （see Section 6.1）.END -This is used to indicate the end of the opt

48、ion list.? Stage 4 in AQWA-LIBRIUM運(yùn)行AQWA-LINE1-3段（stages模型定義restart file水動(dòng)力數(shù)據(jù)庫restart file主要分析參數(shù)input data fileNote:Decks 1 to 8從AQWA-LINE重啟動(dòng)文件獲取Decks 9 to 20需要編寫input文件（如采用.res重啟動(dòng)方式在AB*輸入文件中deck1-8要?jiǎng)h去，如采用.hyd方式deck1-8內(nèi)容在AB*輸入文件中要保留）.? Stage 5 in AQWA-LIBRIUM （主要分析步驟不需要編寫input文件）Input for AQWA-LIBRI

49、UM with Results from Source other than AQW A-LINE,如下CaseDeck 6Deck?Deck SNo drift.Hydiostatic modelNoneNoneNoneNo drift.No hydrostatic modelNoneLinear hydrostatic stif&iesmatrixNoneDrift.Hy drostatic model一 #Range of fiequeiicie anddirectiotjNoneSecond order drift forcesDnft.No hydrostatic model

50、Range of dequeue ies and duectionsLinear iiydrostaTtc stiffiiessnutrixSecond order drift fbrewNote that a hydrostatic model lmy consist of TUBE. TPPL or QPPL elements.AQWA LIBRIUM 理論Librium:進(jìn)行浮體平衡位置的計(jì)算， 需要知道力的作用。 因此需要用 進(jìn)行外載計(jì)算。波浪(二階力)對(duì)平衡位置作用很重要。一般力：F=asin(kx-wt),F與入射波幅值成正比。波與頻率一樣。F2=axsin(asin(kx-w1t

51、)xsin(asin(kx-w2t+ww)=。當(dāng)w1等于w2,貝V F2與 時(shí)間w1,w2無關(guān)，成慢漂力。當(dāng)w1與w2不同，會(huì)出現(xiàn)差頻和 和頻，即 頻率的疊加。二階力。規(guī)則波：asin(kx-wt)海浪：一般稱短風(fēng)波(浪的方向不同)和長(zhǎng)風(fēng)波(傳播的方向一致)。不規(guī)則波：把時(shí)域的曲線，分成很小部分，根據(jù)能量相等的方法，用規(guī)則波 等效。進(jìn)行傅里葉變換成規(guī)則波。line?確定靜平衡位置的方程.結(jié)構(gòu)的X位置通過下式計(jì)算：Xj廠XjK(Xj)F(Xj)式中K是系統(tǒng)的剛度矩陣，F(xiàn)是力.程序迭代直到X小于所定義的容差A(yù)QWA-FER? AQWAFER:該模塊是一個(gè)頻域程序，用線性剛度矩陣和線性阻尼來得到傳遞

52、函 數(shù)（transfer function）和響應(yīng)譜，其具有隨機(jī)波的頻域分析、耦合纜索動(dòng)力學(xué)分析 功能。及結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)譜分析能力（波浪頻率或是慢漂頻率）隨機(jī)波情況下懸鏈線張力 分析? AQW A-FER計(jì)算浮體在指定位置的載荷和運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值算子（RAOs），從而算出 給定波浪譜條件下，浮體結(jié)構(gòu)的最大和有義線響應(yīng)，同時(shí)通過海浪譜及漂移力數(shù)據(jù) 可以計(jì)算得到浮體結(jié)構(gòu)的一階和二階波浪力。用同樣方法，可以得到浮體結(jié)構(gòu)的一 階和二階響應(yīng)。?錨鏈系統(tǒng)在環(huán)境載荷（如：風(fēng)，流，浪，涌載荷）和推進(jìn)器推進(jìn)力作用下的響應(yīng)計(jì) 算是非常復(fù)雜的，時(shí)域程序象AQWA-DRIFT可以實(shí)現(xiàn)這一功能，他能考慮錨鏈系 統(tǒng)的非線性，比如錨

53、鏈線的非線性，與位置相關(guān)的環(huán)境載荷，以及推進(jìn)器推力，然 而時(shí)域程序運(yùn)行代價(jià)較高，而且各種環(huán)境載荷聯(lián)合作用象風(fēng)流聯(lián)合，風(fēng)浪聯(lián)合，波 譜和風(fēng)譜使得運(yùn)行成本更高，這就需要我們?cè)O(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)便實(shí)用的程序來實(shí)現(xiàn)這一功 能。AQW AFER正是應(yīng)這一要求設(shè)計(jì)的。? AQW A-FER通過重啟動(dòng)方式從AQW A-LINE數(shù)據(jù)文件中調(diào)用在不同周期常規(guī)波情 況下，各浮體結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量，輻射阻尼，衍射力和漂移力。同時(shí)AQW A-FER也可以通過重啟動(dòng)方式從AQWA-LIBRIUM數(shù)據(jù)文件中調(diào)用通過鉸接或系泊線連接 的方式連接在一起的浮體相互作用力數(shù)據(jù)及平衡位置，然后通過AQW A-FER計(jì)算在這一平衡位置下有效剛度（

54、effective stiffness和約束效應(yīng)（constraint effects）。AQW AFER特點(diǎn)：頻域程序主要是用于計(jì)算不規(guī)則波的重大響應(yīng)， 得到給定波譜條件下浮體的最大和有 義線響應(yīng)，線性分析，水動(dòng)力學(xué)包括的非線性項(xiàng)線性化，浮體的一二階波浪力及響應(yīng)/因其采用線性化的頻域求解方法速度快但是精度差，可用于提供初步的設(shè)計(jì) 可以同時(shí)定義多個(gè)波譜，程序會(huì)按照設(shè)定順序逐一計(jì)算， 最后以表格的形式 的輸出結(jié)果文件。 可以分別輸出在這些不同波譜條件下， 浮體結(jié)構(gòu)載荷和運(yùn) 動(dòng)響應(yīng)的平均和有義值。AQW A-FER總是用初始位置計(jì)算的剛度（水靜力，停泊等） ，一般是靜力 平衡位置，當(dāng)使用覽索動(dòng)力學(xué)

55、分析覽索拖拽，使用r.m.s速度線性化.FD = （CD. |Vrms|） .VAQWA FER有用選項(xiàng)DRFT只計(jì)算慢漂移頻率WFRQ只 計(jì)算波浪頻率RDEP讀取LIB算得的平衡位置GLAM GLobal Axis Motions總體軸系運(yùn)動(dòng)CRAO重新計(jì)算系泊系統(tǒng)的RAOSAQWA FER理論不規(guī)則波中計(jì)算響應(yīng)譜方程(taking wave frequency response as an example)SxiXi3) Y mod(Hj)Fj3)2S)j、式中Sxjxi(3)第i個(gè)自由度的響應(yīng)譜，Hij (3) is the receptance matrix(導(dǎo)納矩陣)defined

56、as:Hj( )=-2(MsMa()-i C( )K-1Fj(3) is the frequency dependent force (在j自 由度中)on the structure and S(3) is the wave spectrumAQWA-NAUT? AQW A-NAUT用于計(jì)算在特定波浪條件下，浮體結(jié)構(gòu)的載荷和運(yùn)動(dòng)時(shí)間歷程，AQW A-NAUT調(diào)用AQW A-LINE數(shù)據(jù)文件中的每個(gè)浮體結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量，輻射阻 尼及衍射力，再考慮考慮浮體結(jié)構(gòu)間停泊線和鉸接的影響，計(jì)算浮體的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。? AQW A-NAUT重新計(jì)算每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的水動(dòng)力載荷的F-K部分，計(jì)算時(shí)考慮浮體 的濕表面積的變化及吃水的變化（如： 甲板邊緣濕表面） 引起的非線性動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。STOKES二階波理論用于計(jì)算浮體表面的波浪力， 可得到比較滿意的計(jì)算結(jié)果，同 時(shí)在計(jì)算管單元的