ansys水動(dòng)力的案例
干貨 | ANSYS軟件在海洋海工領(lǐng)域的應(yīng)用
ANSYS Fluent海工平臺(tái)海水外流場(chǎng)分析
ANSYS Mechanical Enterprise產(chǎn)品可以進(jìn)行海工結(jié)構(gòu)受力分析、水動(dòng)力分析，可以解決海工結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度靜剛度、屈曲、蠕變、動(dòng)態(tài)振動(dòng)、沖擊碰撞、疲勞壽命以及水動(dòng)力等工程問(wèn)題。
海工結(jié)構(gòu)應(yīng)用場(chǎng)合
支架結(jié)構(gòu)連接部位強(qiáng)度與疲勞壽命分析
纜繩結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核分析
水動(dòng)力—流體—結(jié)構(gòu)耦合仿真
ANSYS軟件在海洋海工領(lǐng)域的應(yīng)用
其中，細(xì)長(zhǎng)桿梁結(jié)構(gòu)可直接采用ANSYS Mechanical直接進(jìn)行受力分析，大體積結(jié)構(gòu)的整體性能評(píng)估采用ANSYS Aqwa進(jìn)行水動(dòng)力分析，復(fù)雜波浪載荷下的詳細(xì)結(jié)構(gòu)性能評(píng)估采用ANSYS CFD進(jìn)行流體流動(dòng)分析。
當(dāng)海工結(jié)構(gòu)體的特征尺寸小于最小波長(zhǎng)的五分之一時(shí)，通常可把該結(jié)構(gòu)看為細(xì)長(zhǎng)類結(jié)構(gòu)，可以采用Morison方程等波浪理論去生成載荷譜，在ANSYS Mechanical中直接進(jìn)行應(yīng)力、變形分析，如海工桿梁支架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與疲勞壽命計(jì)算。
細(xì)長(zhǎng)桿梁ANSYS Mechanical結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析
對(duì)于船舶、潛艇、大型容器等大尺度海工結(jié)構(gòu)體，必須考慮結(jié)構(gòu)體與波浪直接的相互耦合作用，對(duì)于整體性能的分析，可采樣ANSYS Aqwa基于波浪的輻射衍射進(jìn)行水動(dòng)力學(xué)計(jì)算，可用于模擬海工多體系統(tǒng)停泊，海工結(jié)構(gòu)耐波性，動(dòng)力定位系統(tǒng)，港口防波性，海工結(jié)構(gòu)連接、卸載、斷開(kāi)場(chǎng)景，水上水下安裝，海上抬升和運(yùn)輸?shù)裙r。
潛艇類結(jié)構(gòu)ANSYS Awqa水動(dòng)力分析
復(fù)雜波浪載荷下的詳細(xì)結(jié)構(gòu)性能評(píng)估，需要模擬海水波浪沖擊海工平臺(tái)等結(jié)構(gòu)的壓力分布狀況，獲得精確的載荷值，用于細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和疲勞壽命仿真計(jì)算，需采用ANSYS CFD進(jìn)行流動(dòng)模擬分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)各方向的力載荷，拖曳力、升力等參數(shù)，再結(jié)合ANSYS Mechanical進(jìn)行受力分析。
ANSYS Fluent海工平臺(tái)海水外流場(chǎng)分析
ANSYS Mechanical Enterprise產(chǎn)品可以進(jìn)行海工結(jié)構(gòu)受力分析、水動(dòng)力分析，可以解決海工結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度靜剛度、屈曲、蠕變、動(dòng)態(tài)振動(dòng)、沖擊碰撞、疲勞壽命以及水動(dòng)力等工程問(wèn)題。
展開(kāi) 自升式海洋平臺(tái)拖航阻力計(jì)算分析
表2 中國(guó)船級(jí)社拖航指南算法拖航阻力結(jié)果
表3 中國(guó)船級(jí)社考慮波浪阻力算法拖航阻力結(jié)果
表4 韓國(guó)船級(jí)社規(guī)范算法拖航阻力結(jié)果
2 水動(dòng)力學(xué)典型工況校核計(jì)算
選取勝利石油工程公司的典型大型自升式平臺(tái)作為水動(dòng)力計(jì)算校核模型，目前多數(shù)平臺(tái)和該平臺(tái)型式相近，作為研究對(duì)象有一定的代表性.圖1為計(jì)算模型立面圖.表5為本平臺(tái)計(jì)算拖航阻力用到的有關(guān)數(shù)據(jù).
圖1 某大型自升式平臺(tái)示意圖
表5 某大型自升式平臺(tái)數(shù)據(jù)表
從各船級(jí)社公式和對(duì)阻力計(jì)算的闡述可見(jiàn)，拖航中的風(fēng)阻力計(jì)算公式相似，也比較容易計(jì)算，摩擦阻力、剩余阻力和波浪阻力是平臺(tái)在水中所受到的阻力，用簡(jiǎn)單的公式不容易模擬計(jì)算.所以一些國(guó)外船級(jí)社都推薦用水動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行計(jì)算.
目前比較通用的水動(dòng)力學(xué)軟件有CFD和AQWA,為目前應(yīng)用廣泛的海上浮體和浮式結(jié)構(gòu)操作模擬軟件， 不僅可以很好地計(jì)算浮體的穩(wěn)性和水動(dòng)力特性， 還可以對(duì)浮體的系泊、下水、吊裝和扶正等工況進(jìn)行計(jì)算分析[3].CFD軟件可以計(jì)算靜水中和波浪中的阻力載荷，計(jì)算耗費(fèi)資源多、周期長(zhǎng)，但是計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確.AQWA軟件是ANSYS的一個(gè)水動(dòng)力模塊，只能計(jì)算波浪中的阻力，相對(duì)CFD而言，計(jì)算速度快、效率高，計(jì)算結(jié)果也相對(duì)準(zhǔn)確.
數(shù)模分析計(jì)算波浪阻力是一個(gè)基于勢(shì)流理論的平均漂移力，作為拖船選取的理論依據(jù)是可行的，但瞬時(shí)的波浪力有可能很大，要注意一些異常波浪對(duì)船和平臺(tái)的破壞，并特別注意自振周期.
2.1 CFD數(shù)值計(jì)算模型
計(jì)算步驟如下：
(1) 平臺(tái)模型按照縮尺比1∶1繪制，忽略物理模型主甲板以上組件，忽略平臺(tái)艏部、尾部存在的三樁腿開(kāi)口，如圖2所示.
(2) 計(jì)算域長(zhǎng)330 m、寬300 m、高50 m, 如圖3所示.
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