不規則波
關注創建者：姜講蔣醬 創建時間：2023-03-16
不規則波的實例教程
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）不規則波 (依據線性波疊加)
在MOTIONS模塊中通過設定波長和波高來定義規則波，通過有義波高和跨零周期定義不規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
數值
航速[kn]
15.5
Fn
0.142
浪向
180°
波長 [Lambda/Lpp]
0.6，0.7，…，2.0
波高[H/Lpp]
0.01875
將迎浪狀態下的波浪增阻計算結果與公開的試驗值進行比較，數據對比圖如下（橙色代表試驗值）：
MOTIONS的開發進展
即將發布的MOTIONS 7.0在網格劃分方式及計算精度上都將得到進一步提升。
1）在網格的劃分上，MOTIONS 7將實現近場網格的局部加密功能，改變以往近、遠場需按照統一尺寸劃分網格的方式；同時網格還具有自適應性，計算過程中根據船身附近的興波情況，自動對初始網格的分布做調整，如下圖所示。
展開 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）不規則波 (依據線性波疊加)
在MOTIONS模塊中通過設定波長和波高來定義規則波，通過有義波高和跨零周期定義不規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
數值
航速[kn]
15.5
Fn
0.142
浪向
180°
波長 [Lambda/Lpp]
0.6，0.7，…，2.0
波高[H/Lpp]
0.01875
將迎浪狀態下的波浪增阻計算結果與公開的試驗值進行比較，數據對比圖如下（橙色代表試驗值）：
MOTIONS的開發進展
即將發布的MOTIONS 7.0在網格劃分方式及計算精度上都將得到進一步提升。
展開 原始網格
自適應網格
三、Motions 7的應用
Motions 7 可以對船舶及海洋裝備在靜水、規則波和不規則波等各種工況下做各種仿真計算。
靜水仿真應用
規則波仿真應用
不規則波仿真應用
短峰波仿真應用
外部推進力的仿真應用（風帆、螺旋槳）
靜止或系泊漂浮物的仿真應用
四、Motions 7仿真結果驗證
選用標模KVLCC2和KCS的水池試驗結果與Motions 7的仿真結果進行驗證，結果表明2種方法得到的結果高度貼合。
KVLCC2 EFF結果與Motions 7結果對比
KCS EFF結果與Motions 7結果對比
五、Motions 7 在獲取EEDI中fw的應用
IMO（國際海事組織）提出的EEDI（能效設計指數）對船舶設計提出了更高要求。在綠色船舶設計要求的大背景下，設計人員需要考慮在各種海況下的船舶的風阻和波浪增阻。Motions 7可以幫助設計人員快速準確地評估船舶的附加阻力和fw(氣象因子)。
選取標模KVLCC2，首先驗證總阻力和收到功率仿真計算的準確性：
驗證附加阻力仿真計算的準確性：
計算在不同航速、不同來浪角度的附加阻力：
結合波浪能量譜分析：
根據不同航速和來浪角度的增阻結果，得到最壞情況：
得到在五級海況，風力蒲氏6級的工況下的收到功率，與靜水收到功率比較，得到氣象因子fw為0.88。并與資料庫中的fw對比，最終結果可靠。
展開 在AQWA中，混合模型可以通過經典ANSYS來建立,具體步驟為：
1.定義單元，面單元為Shell63，管件為pipe59；
2.依據立柱、浮箱尺寸建立外殼；
3.建立pipe模型；
4.對外殼模型進行單元劃分；對桿件進行單元劃分，注意，桿件單元不宜過大，否則不能捕 捉波浪對桿件的影響；
5.輸出混合模型，在文本編輯器中對模型文件進行修改。
模型修改完成后進行常規計算時，AQWA僅考慮桿件的附加質量影響。我們知道，Morrison方程粘性力項是關于速度平方的，即：
Fd=CdρD/2|u|u，方程還可以表達為Fd=（Cd|u|）ρD/2 u
這就表明，該力是非線性的。在時域分析中，桿件的粘性力可以在各個時間步長內就行求解，但在頻域內，需要對Cd|u|項進行線性化處理，線性化處理的前提是要有給定的不規則波環境條件。
指定環境條件為Hs=3.0m，Tp=10s。
對平臺進行計算后比較升沉RAO如圖所示。可以發現，桿件對于升沉的阻尼作用還是較為明顯的。
前文已經說過，時域分析中可以完全考慮Morrison粘性力的作用，為何還要在頻域中進行計算？
從粘性載荷方程可以知道，不同海況下平臺運動速度不同，產生的阻尼作用也就不同。在設計階段，想要準確的掌握平臺運動性能，頻域運動分析是必不可少的。
另外，在立柱、浮箱中心軸線建立Morrison桿件，通過計算能夠估算出平臺大概的粘性阻尼，這些結果可以經過換算后對水動力模型就行阻尼修正，這對于后續的分析也非常有幫助。
展開 功能包括：
自由表面 – 波流體動力學和過度波：規則波和不規則波以及波譜（Pierson Moskowitz，JONSWAP）
適航性 -耐波性-撞擊、滑行、躍水現象和置換船體：全耦合船和水下船體流體動力學
船體 – 阻力，穩定性和動力學：浪涌，起伏，俯仰和滾動運動（響應振幅運算或RAO）
晃動 – 液化天然氣/壓載艙
海上工程 – 波浪能轉換器動力學
波浪沖擊模擬仿真
船體晃動模擬仿真
船舶晃動模擬仿真
螺旋槳阻力模擬仿真
海浪模擬
防波堤結構模擬仿真
離岸結構模擬仿真
刨花船 – 船舶運動
晃動和砰擊模擬仿真
海嘯模擬仿真
波能裝置模擬仿真
浪潮模擬仿真
沉積物沖刷模擬仿真
沿海橋梁模擬仿真
海水混合模擬仿真
海洋混合模擬仿真
移動對象模型模擬仿真
船體抨擊模擬仿真
運動模擬
FAVOR TM是一種獨特的笛卡爾固定網格處理幾何的方法。該方法允許對移動物體動態進行建模，而不需要移動/變形網格，從而減少模擬運行時間，同時保持精度。運動對象模型為用戶提供了使用顯式或隱式方法跟蹤血管運動的靈活性。
新的浸沒式邊界法 可以對固定和移動物體上的力進行高度精確的預測。
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系泊半潛式平臺（浮動）
研究中的波浪條件包括各種規則和不規則波，其波周期和陡峭度都有所變化。此外，還對固定柱進行了雙色波的測試。在本報告中，將重點介紹幾個選定條件下的結果，同時總結其他測試的一些主要發現。
數值建模
圖4. 四個案例研究幾何形狀的鳥瞰圖。
本次展示中使用的波浪探測器位置已標出。
圖5.
并基于P-M波浪譜生成漂浮式平臺所處海域的不規則波，根據輻射/繞射理論計算3m有義波高與10s跨零周期的波浪載荷。
環境參數選擇四級海況，風浪流等環境參數見表3，波浪環境不規則波采用JONSWAP譜，風環境采用NPD風譜。
表3 海洋環境參數
2 頻域計算結果及驗證
不規則的海浪可以簡化為無數個頻率、方向和波幅不同的規則波疊加[5]，因此對艦船的靜水力結果和規則波中的頻域進行了計算，通過頻域分析可以得到模型在不同頻率規則波下的運動響應幅值算子，為后續時域錨泊計算做鋪墊[1]。
在物理模型試驗方面，E.LOUKOGEORGAKI等[9]研究了在規則波和不規則波作用下，不同入射波參數對浮式防波堤系泊錨鏈受力的影響；劉心媚等[10]設計了一種在堤前和堤后安裝多孔結構的新型浮式防波堤，研究了該防波堤的水動力特性，試驗結果表明：該新型防波堤與傳統防波堤相比，能在一定程度上降低透射系數和系泊纜繩張力；田永進等[11]通過物理試驗方法，對一種柔性多浮筒防波堤的水動力性能進行了分析，研究結果表明
在不規則波中, 沖擊式透平的轉換效率和啟動性能都優于威爾斯透平[34]; 沖擊式透平相比于威爾斯透平還存在著過度沖角的問題, 這就需要對導葉進行優化, 增加可變幾何結構來改善這一問題[35]。沖擊式透平與威爾斯透平相比, 其轉速較低。
3.4 雙透平系統
RODRí GUEZ等[36]研究發現, OWC裝置配備雙單向透平（圖10）可以成為替代自整流透平的可靠且具有競爭力的方案。
本文數值模擬采用不規則波Jonswap波譜，其表達式如式（1）所示。選擇北海海域的作業工況，有義波高為6m，譜峰周期為7.78s，γ取3.3。取定常海風與海流，速度分別為20m/s和1.03m/s。計算海域深度為200m，模擬時間為10800s（即3h）。環境參數均由設計方給定，相關環境參數的設定具體見表3。
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）不規則波 (依據線性波疊加)
在MOTIONS模塊中通過設定波長和波高來定義規則波，通過有義波高和跨零周期定義不規則波或者直接定義海況等級。
原始網格
自適應網格
三、Motions 7的應用
Motions 7 可以對船舶及海洋裝備在靜水、規則波和不規則波等各種工況下做各種仿真計算。
在此基礎上，Zong 等 [111] 對不規則波中 2 種海況下（4 級和 5 級海況）4 種不同側體分布位置的三體船（側體位于舯后、船舯和舯前，后三體船 2 種側體間距）進行了 T 型翼減搖試驗。
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）不規則波 (依據線性波疊加)
在MOTIONS模塊中通過設定波長和波高來定義規則波，通過有義波高和跨零周期定義不規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并且任意一個自由度均可以關閉。
