SHIPFLOW軟件MOTIONS模塊簡介

1、SHIPFLOW軟件MOTIONS模塊簡介船舶的耐波性能是表征其在海上航行能否維持其正常功能的能力，也是歷來船舶設計者和使用者十分關心的問題。關注的焦點在于保障船舶、貨物、全體人員最根本的安全，以及運營的效率即油耗的情況。反映在耐波性試驗中需要關心的數(shù)據(jù)主要有如下幾部分：1）船體的運動及加速度；2）波浪中的阻力或者波浪增阻；3）船體表面上整體或者局部的載荷。隨著仿真技術的發(fā)展，如何通過數(shù)值手段對耐波性結(jié)果進行預報是當下的船舶設計工程師十分關注的問題。MOTIONS模塊是SHIPFLOW軟件自6.0版本添加的船舶運動分析專用模塊，可用于計算船舶在規(guī)則波和不規(guī)則波中的運動和附加阻力，也包括在靜水中

2、的阻力、升沉和縱搖。高效的求解方法耐波性數(shù)據(jù)求解可以通過多種不同程度的近似方法獲取，不同求解方法在復雜性、計算時間及計算精度上都有所差異。按照求解的復雜度遞增的順序可以將這些求解方法依次排序：傳統(tǒng)切片法一局部非線性切片法一線性邊界元（3D）法非穩(wěn)態(tài)RANS方法一大渦模擬（LES）直接數(shù)值模擬（DNS）。從非穩(wěn)態(tài)RANS方法開始采用的是粘流計算，由于時間成本高，往往并不能適用于在工程實踐；而前面的幾種勢流求解方法雖然計算速度快，但精度較低。MOTIONS模塊中采用勢流、時域、完全非線性的邊界元方法，旨在填補傳統(tǒng)勢流方法與非穩(wěn)態(tài)、粘流方法之間的空白。與傳統(tǒng)的勢流方法相比，該方法具有更高的精度，同時

3、也比現(xiàn)有的RANS方法具有更快的計算速度。計算單個工況點，采用MOTIONS模塊大概需要68小時（16核工作站），而采用RANS方法（STAR-CCM+,Fine/MARINE,OpenFoam）在相同條件下則需要200400小時。完善的功能MOTIONS的計算域由一個自由液面及截斷它的浮體組成，并具有如下特征1）假定計算域是一個更大的計算域的一部分；2）外部計算域是靜水狀態(tài)或是未受干擾的波浪流場狀態(tài)。Frocsurface(computfKJ)Extcinaldomain(undisturbedwaveticld)外部計算域的流場用如下方法描述：1）艾里波（線性）2）五階斯托克斯波3）不規(guī)則

4、波（依據(jù)線性波疊加）在MOTIONS模塊中通過設定波長和波高來定義規(guī)則波，通過有義波高和跨零周期定義不規(guī)則波或者直接定義海況等級。MOTION同時支持六自由度分析，各自由度方向上設置有剛度和阻尼系數(shù)并且任意一個自由度均可以關閉。可靠的精度采用標模KVLCC2作為研究對象,對其波浪增阻進行計算，工況如下：條件數(shù)值航速kn15.5Fn0.142浪向180波長Lambda/Lpp0.6，0.7,，2.0波高H/Lpp0.01875將迎浪狀態(tài)下的波浪增阻計算結(jié)果與公開的試驗值進行比較，數(shù)據(jù)對比圖如下（橙色代表試驗值）：MOTIONS的開發(fā)進展即將發(fā)布的MOTIONS7.0在網(wǎng)格劃分方式及計算精度上都將得到進一步提升。1）在網(wǎng)格的劃分上，MOTIONS7將實現(xiàn)近場網(wǎng)格的局部加密功能，改變以往近、遠場需按照統(tǒng)一尺寸劃分網(wǎng)格的方式；同時網(wǎng)格還具有自適應性，計算過程中根據(jù)船身附近的興波情況，自動對初始網(wǎng)格的分布做調(diào)整，如下圖所示。Bi匸出：fl匸汕初始網(wǎng)格自適應網(wǎng)格2)MOTIONS7的計算精度將進一步提高，以標模KCS船在波浪中的耐波性分析為例，做精度的對標。下圖中紅色數(shù)據(jù)點代表MOTIONS7的計算結(jié)果黑色代表試驗值，可以看到無論是升沉、縱搖的幅值還是波浪增阻兩者之間均吻合良好。0C?Li1.00oeoo6000000mooj.aoa0.8M0.400OJ0Qo,