AQWA經(jīng)典版_各模功能理論課件

1、AQWA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(shuō)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?lè)较虻膴A角 在AQWA中定義風(fēng)浪流方向只需輸入方向角度（度）即可 AQWA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(chēng)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(chēng)（symx）結(jié)構(gòu)可以輸入0至

2、180度方向角 對(duì)于同時(shí)關(guān)于x軸，y軸對(duì)稱(chēng)（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(lèi)型 AIRY線性波a = A cos (-t + kx) (: 頻率 radians/sec; k: 波數(shù))AQWA LINE, LIBRIUM, FER, DRIFT, NAUT （可選）都會(huì)用到 STOKES二階波 a = A cos (-t + kx) + 0.5 k A cos2(

3、-t + kx) 一階項(xiàng) 二階項(xiàng)AQWA NAUT 的缺省波浪類(lèi)型 AQWA支持的隨機(jī)波譜 P-M spectrum JONSWAP spectrum User defined spectrum Gaussian 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 LIBRIUM and FER)AQWA支持的風(fēng)載荷 Uniform wind：均勻風(fēng) Ochi and Shin wind spectr

4、um：風(fēng)隨海平面力、能量是變化的。 API wind spectrum NPD wind spectrum User-defined wind spectrum AQWA支持的流類(lèi)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。

5、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)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，

6、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)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

7、 (Froude-Krylov force):無(wú)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。 使用莫里森方程求解 如果不滿(mǎn)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

8、/L0.2)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：其中Ca和cd為附加質(zhì)量和單元拉力系數(shù)W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(chēng)為波浪的繞射作用 波浪的輻射：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)，二階波浪力在數(shù)值上比一階力小得

9、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1）遠(yuǎn)場(chǎng)求解（動(dòng)量能量守恒）（ momentum conservation method） SR: vertical cylindrical boundary surrounding the structure in the flow field with a large radius R, 大直徑流場(chǎng)內(nèi)，環(huán)繞結(jié)構(gòu)圓柱體

10、垂直邊界W: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 ） WL: 結(jié)構(gòu)表面的平均吃水 S0 : 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K 系統(tǒng)剛度矩陣，F(xiàn) 力矩陣，程序迭代至 DX=|Xj+1-Xj| 系統(tǒng)給定容差 時(shí)域運(yùn)動(dòng)方程表征： 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

11、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(lái)AQWA-LINE： AQWA-LINE 是用于計(jì)算浮體結(jié)構(gòu)在常規(guī)波中響應(yīng)問(wèn)題的計(jì)算程序，此程序可以單獨(dú)運(yùn)行也可以跟AQWA軟件包其他軟件聯(lián)合求解，AQWA-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(guò)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

12、的水靜力學(xué)程序用于3D繞射/散射分析AQWA提供了方便的重啟動(dòng)方式，如完成AQWA-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AQWA-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。AQWA-LINE特點(diǎn) AQWA-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。AQWA-LINE能夠處理淺水效應(yīng)，這時(shí)需考慮波浪力高階項(xiàng)?？梢运闳我馑?。其它程序只能算有限水深。 AQWA-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?chē)牟ɡ肆Α?AQWA-LINE使用典型的格林函數(shù)方法求解浮

13、體結(jié)構(gòu)的波浪力，AQWA中網(wǎng)格的每個(gè)單元給定一個(gè)脈動(dòng)源。， AQWA-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(kù)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(guò)AQWA-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(lái)。 可得到附加質(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 integration method)）；計(jì)算差頻，和頻; 多

14、體水動(dòng)力學(xué)交互作用計(jì)算; 有航速的水動(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(kāi)始過(guò)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(wú)壓力后后處理阻止節(jié)點(diǎn)連接警告

15、 ALDB Aqwa-Line 數(shù)據(jù)庫(kù) - reads in AQWA-LINE database TAKE CARE NQTF 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(guò)大量的板格來(lái)描述結(jié)構(gòu)，在每個(gè)板格中心有源點(diǎn)（a source），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(méi)有水流穿過(guò)船體2）沒(méi)有水流穿過(guò)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(wú)旋，不可壓；小波（small wave elevatio

16、n）；無(wú)粘性速度勢(shì)能控制方程（拉普拉斯方程）：體的邊界條件：自由表面運(yùn)動(dòng)條件： 線性化之后：自由表面動(dòng)力條件：線性化之后：組合自由表面條件： 海底邊界條件：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 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)能為式中k是波數(shù)，定義為:使用脈沖源分布（pulsating source distribution）求解衍射和輻射波勢(shì)能式中： 是輻射體強(qiáng)度（ source strength）; S 是

17、入水結(jié)構(gòu)面; (x,y,z) 為流域中域點(diǎn)的坐標(biāo); (, , ) 是S上源點(diǎn)坐標(biāo);G 為格林函數(shù)，是求解Laplace方程的基礎(chǔ)，并且滿(mǎn)足所有邊界條件（除了體邊界條件）. G 可以表達(dá)為:式中：pv 表示積分的principal value; J0 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(guò)體邊界條件求解積分方程計(jì)算: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)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

18、的水動(dòng)力壓力: 第一階波浪力是通過(guò)在體表面上進(jìn)行積分得到的 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(lèi)一類(lèi)是基于動(dòng)量能量守恒的遠(yuǎn)場(chǎng)積分法，另一類(lèi)是基于壓力積分的近場(chǎng)積分法。前者是對(duì)浮體周?chē)牧黧w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(kāi)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(wú)窮遠(yuǎn)處有解，需要引入一個(gè)無(wú)窮遠(yuǎn)的地方的遠(yuǎn)場(chǎng)條件，以保證無(wú)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式中 SR 是在流場(chǎng)結(jié)構(gòu)周?chē)拇?/p>

19、直圓柱邊界其半徑為R， W 是SR的流體體積，The mean force is the time average of the above expression and the first order term becomes zero. The pressure includes the non-linear term in the Bernoulli equation and therefore will not disappear.2）近場(chǎng)求解 (壓力對(duì)于六個(gè)自由度進(jìn)行積分方法):式中 WL 為水線位置; r 是相關(guān)波表面（relative wave surface elevation

20、）; 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; 是結(jié)構(gòu)中心加速度. 二次傳遞函數(shù)（QTF）Components at both difference and sum frequencies。Each with real and imaginary parts其中：結(jié)構(gòu)在波浪中的響應(yīng)X是通過(guò)計(jì)算下面方程得到: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 是波浪力（包括衍射和輻射力）. 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(guò)對(duì)作用于結(jié)構(gòu)濕表面上靜水壓強(qiáng)的積分得

21、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 靜水力剛度矩陣（Hydrostatic Stiffness Matrix）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：A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)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(chēng)。 衍射/輻射波力Fundamental Calculations assuming zero forward speed的情況下：運(yùn)動(dòng)速度的更正（Correcti

22、ons for forward speed）遭遇頻率：附加質(zhì)量和阻尼的計(jì)算： 二階波浪里的計(jì)算（THE SECOND ORDER WAVE EXCITING FORCES）平均漂移力（遠(yuǎn)場(chǎng)算法）：當(dāng)船體本身速度為零，且力作用與水平面上時(shí)有：對(duì)上述等式取時(shí)間的平均值得到平均慢漂力因?yàn)橹链宋醋魅魏尉€性化化簡(jiǎn)所以上式是精確地，我們假設(shè)坡陡很小并且考慮入射波浪中二階項(xiàng)對(duì)波浪力和力矩的作用，在解決線性繞設(shè)立和輻射力的問(wèn)題中已經(jīng)解決了一階速度勢(shì)的問(wèn)題，極速度（the polar velocities）可以用下式得到：壓力由伯努利方程得到：近場(chǎng)法求解平均漂移力二階波浪力可寫(xiě)為：其中， 波頻運(yùn)動(dòng)求解所用方程為

23、M(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 =結(jié)構(gòu)響應(yīng)（或者RAO）其中： 為波浪力的頻率等式可化簡(jiǎn)為：其中，RAO的計(jì)算公式：其中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(guò)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，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,

24、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)。 AQWA-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(guò)阻抗矩陣的特征值得到動(dòng)穩(wěn)定性，AQWA-LIBRIUM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 AQWA-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

25、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(chē)（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(guò)計(jì)算特征值線性剛度矩陣求得浮體穩(wěn)性（static stability) 給

26、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AQWA-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 when the program is being restarted at any stage greater than the first (se

27、e Section 5.2). A restart card must follow the options list when the restart option is used. This card indicates the stage at which the program is to continue and the stage at which the program is to stop (see AQWA Reference Manual). DATA - DATA Option This option is used to check the data input to

28、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 AQWA-LIBRIUM analysis by using the RESTART option. PRST - PRINT GLOBAL STIFFNESS MATRIX This option caus

29、es the global stiffness matrix, which is computed in the equilibrium analysis (Stage 5), to be output. PPEL - PRINT PROPERTIES of Each Element on Each Structure This option allows the user to output complete details of each element used in the body modelling. All important details of the body elemen

30、ts are output together with the resultant properties of the bodies. It should only be used when running AQWA-LIBRIUM as an independent program. ALDB - READ AQWA-LINE DATABASE Read the hydrodynamics database from the hydrodynamics (.HYD) file created by a previous AQWA-LINE run. This option is used:

31、(i) if the user wishes to modify the hydrodynamic data calculated in a previous AQWA-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, and wishes to pick up the hydrodynamic data for one or more

32、structures, calculated in a previous AQWA-LINE run RDDB - READ DATABASE Read the hydrodynamics database from the restart (.RES) file created by a previous AQWA-LINE run. This option is used if the user wishes to modify the hydrodynamic data calculated in a previous AQWA-LINE run, without having to r

33、e-run the AQWA-LINE radiation/ diffraction analysis. Note: Normally, this would be done using the option ALDB (see above). The RDDB option is only needed if the hydrodynamics file from the previous AQWA-LINE run has been accidentally deleted. Note that, as the model definition has to be read from th

34、e restart file before the hydrodynamics can be read, there is no possibility to change the model definition, when using this option (use ALDB instead). PRDL - PRINT DATA LIST FROM RESTART FILE This option causes the program to read the data contained within the restart backing file and output it to

35、the user. Typically all body modelling information is output, together with environmental wave loading details. LSTF - LINEAR STIFFNESS This option is used to instruct the program to use the linear stiffness matrix calculated by AQWA-LINE, instead of calculating the hydrostatics by integrating over

36、the wetted surface. RNDD - Reynolds No Drag/C for Morison Elements (switched by SC1/ CARD) This option causes drag coefficients to be set to zero, i.e. switches off the Morison drag calculations on tube elements. Together with the SC1/ card in Deck 17 this option causes drag coefficients to be calcu

37、lated using the Wieselburger curve for Reynolds number dependent drag coefficients. PBIS - Print Force Components at Each Iteration Step This option causes the program to output the component forces acting on each structure (e.g. gravity, hydrostatic, current, and mooring forces) for each iteration.

38、 PRCE - Print Card Echo For Decks 1 to 5 This option causes the program to echo the input received by the program in reading Decks 1 to 5. This is the body modelling data and the static environment (see Section 6.1). END -This is used to indicate the end of the option list. Stage 4 in AQWA-LIBRIUM 運(yùn)

39、行 AQWA-LINE1-3段（stages 模型定義 restart file 水動(dòng)力數(shù)據(jù)庫(kù) 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(xiě)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(xiě)input文件)Input for AQWA-LIBRIUM with Results from Sou

40、rce other than AQWA-LINE,如下 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line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：Fasin(kx-wt)，F(xiàn)與入射波幅值成正比。波與頻率一樣。 F2=asin(asin(kx-w1t)sin(asin(kx-w2t+ww)。當(dāng)w1等于w2，則F2與時(shí)間w1，w2無(wú)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(chēng)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

41、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。 確定靜平衡位置的方程.結(jié)構(gòu)的X位置通過(guò)下式計(jì)算: 式中K是系統(tǒng)的剛度矩陣，F(xiàn)是力.程序迭代直到DX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(lái)得到傳遞函數(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 AQWA-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(guò)海浪譜及漂

42、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(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。AQWAFER正是應(yīng)這一要求設(shè)計(jì)的。 AQWA-FER通過(guò)重啟動(dòng)方式從AQWA-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)

43、構(gòu)的附加質(zhì)量，輻射阻尼，衍射力和漂移力。同時(shí)AQWA-FER也可以通過(guò)重啟動(dòng)方式從AQWA-LIBRIUM數(shù)據(jù)文件中調(diào)用通過(guò)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(guò)AQWA-FER計(jì)算在這一平衡位置下有效剛度（effective stiffness）和約束效應(yīng)（constraint effects）。AQWAFER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)方案 可以同時(shí)定義多個(gè)波

44、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?？梢苑謩e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。 AQWA-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)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 GLAMGLobal 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 freq

45、uency response as an example) 式中 Sxjxi() 第i個(gè)自由度的響應(yīng)譜,Hij () is the receptance matrix（導(dǎo)納矩陣） defined as:Fj() is the frequency dependent force (在j自由度中) on the structure and S() is the wave spectrum AQWA-NAUT AQWA-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， AQWA-NAUT調(diào)用AQWA-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

46、泊線和鉸接的影響，計(jì)算浮體的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。 AQWA-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(mǎn)意的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)在計(jì)算管單元的莫里森波浪力時(shí)，可以指定波浪理論且允許管單元間歇性的浮出和沉浸水中。因?yàn)槭菚r(shí)域計(jì)算，計(jì)算過(guò)程考慮所有非線性力學(xué)效應(yīng)，如：停泊線的上緊，彎頭接頭（elbow joints）的變形矯直，因濕表面及吃水變化引起的非線性等AQWA-NAUT特點(diǎn) 用戶(hù)可以輸入風(fēng)浪經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，模擬浪和風(fēng)載的影響。程序包含了停泊線，系纜索（連接多個(gè)浮體，考慮非線性特征）準(zhǔn)靜態(tài)分析能力。 該模塊與AQWA-TETHER ,AQWA-SOLAR聯(lián)合可以用于分析評(píng)估張力腿平臺(tái)。同時(shí)最新版本的AQWA-NAUT耦合了纜索動(dòng)力學(xué)考慮鉸接的相互影響。 包括規(guī)則波和不規(guī)則波 非線性水靜力和Froude-Krylov力 STOKES二階入射波 忽略