波浪運動的案例
基于AQWA的圓筒型浮式防波堤波浪運動響應分析（上）
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：多浮筒式防波堤在波浪運動作用下的橫蕩運動響應是兩種不同頻率運動響應疊加后的結果；程俊峰[12]通過物理模型試驗，給出了雙擋板樁基透空式防波堤在規則波作用下透射系數的經驗計算公式；張萬威等[13]在對樁基擋板式透空堤進行堤型優化研究中，證明增加擋浪板的入水深度或增加堤頂高程亦或兩者同時調整等方式對其消波特性有增強效果。
國內外學者對浮式防波堤進行了一定程度研究，但多數都是研究其消波性能，對于防波堤自身安全結構特性及纜繩受力研究較少。基于此，筆者采用數值模擬方法，研究了圓筒型浮式防波堤在波浪作用下的運動響應及纜繩張力，并為浮式防波堤設計提供新的理論依據。
1 計算理論
1.1 三維勢流理論
假設流體無黏性、無旋且不可壓縮，則可以引入速度勢φ(x,y,z,t)來描述流場運動[14]。當海洋結構物以自由面為基準時，速度勢滿足Laplace方程，如式(1):
?2φφ(x,y,z,t)=0 (1)
Laplace方程和描述物體運動的速度勢需要進行線性化處理，假定波浪運動和結構物運動都較小，而流場中的速度勢時由入射波速度勢、繞射勢和輻射勢疊加而成，則可由式(2)表示。
展開 【綜述】船舶在波浪上縱向運動與控制研究
鑒于傳統切片理論僅適合于計算低弗汝德數條件下船體的運動，Chapman [18] 提出了高速細長體理論（2.5D 理論），此后 Faltinsen 和 Zhao [19] 將其推廣到可以求解任意細長體船型在高速下的水動力問題，該方法在切片理論的基礎上保持了三維有航速的自由面條件，以反映航速的影響。Duan 等 [20]將 2.5D 理論的定解問題看作二維時域的物面非線性問題，通過格林函數的記憶效應來考慮自由面的三維效應，提高了 2.5D 理論求解水動力問題的效率和穩定性。Ma 等 [21] 采用時域格林函數方法求解斜浪中單體和多體船的運動響應和波浪載荷，將計算結果與模型試驗結果和 STF 方法進行了比較，并將頻域內線性 2.5D 理論進行擴展，求解了船舶航行于迎浪大幅規則波中時的垂向非線性運動和波浪誘導載荷響應。這些基于勢流理論的方法有著計算效率高的優點，但其忽略了黏性的作用，未考慮船舶運動時大幅度的運動、船體附近破波現象等非線性因素，而這些因素有時會對船舶在波浪上的運動產生顯著影響。
計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）是求解黏性流場中船舶運動的重要方法，其過程主要是通過不同的湍流模型求解雷諾時均方程（Reynolds Averaged Navier-Stokes, RANS）的方法，求解思想是將計算域劃分為若干網格，在網格上對方程進行離散，將偏微分方程簡化為代數方程組。上世紀 70 年代時大多是在勢流理論的基礎上利用邊界層理論來計算粘流。1978 年，Abdelmeguid 等 [22] 基于傳熱問題求解了船舶的三維黏性繞流問題。1980 年代，對黏性流的計算逐漸發展起來。
展開 【AI+波浪補償】AR模型實時船舶運動預測中的尺度效應
為了克服在準確估計狀態空間、噪聲和響應核函數方面的實際局限性，人們采用時間序列模型對船舶運動進行實時預報，即只需對船舶運動或海浪進行建模。相對而言，自回歸模型(AR)由于其計算成本和實時實現的便利性，被探討得最多。關于AR模型的識別方案有很多研究，但由于嚴酷海域的船舶運動是非線性和非穩態的，因此AR模型在高海況下的性能不足。為了獲得更好的預測結果，設計了AR移動平均（ARMA）模型。與AR模型相比，這里采用波浪測量值作為時間序列模型的附加輸入。當預測時間短于4s時，ARMA模型可以給出很好的預測結果，但當預測時間超過4s時，ARMA模型就無法捕捉到目標船運動的振幅，而且，只有在準確感應到距離船頭較遠的波浪時，才能得到滿意的結果，而在實際情況下，準確的相位分辨波浪遙感還是非常困難的。
某一預測模型的可預測性受到船舶運動時間序列特征的影響。但這些關系仍不明確。波浪誘導的船舶運動主要由船舶尺寸、海況和速度決定。本研究對船舶運動實時預測中的船舶尺寸影響進行了研究，旨在為評估船舶運動的可預測性提供一些初步的見解。由于AR預測模型除了方便實現外，在實際應用中也多被采用和推薦，因此本研究重點關注AR預測模型。
展開 基于S-ALE方法波浪載荷作用下的船舶運動 ￥300
相關動畫：
涉及到如下三個方面的關鍵設置
（1）S-ALE方法對滲漏的控制
（2）采用*INITIAL_HYDROSTATIC_ALE 和*ALE_AMBIENT_HYDROSTATIC 對初始靜壓的控制
（3）無板造波的方法
核心關鍵字
*ALE_STRUCTURED_MESH
$# mshid dpid nbid ebid
1 103 30000 30000
$# cpidx cpidy cpidz nid0 lcsid
10001 10002 10003 0 0
$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
*ALE_STRUCTURED_MESH_CONTROL_POINTS
$# cpid unused unused sfo unused offo
10001 1.0 0.0
$# n x ratio
1 0.0 0.0
15
展開 
二維浮體在波浪中的運動，造波方式為推板造波
個人制作，詳細操作私聊吧
【船舶行業精品課包】精選8期最受好評課程，日常工作/個人提升/晉升適用！
</p><p><br></p><p>無論是對于大家<strong style="color: rgb(247, 150, 70);">日常工作</strong>、<strong style="color: rgb(247, 150, 70);">個人能力提升</strong>還是<strong style="color: rgb(247, 150, 70);">升職加薪</strong>都有很大切實幫助</p><p><br></p><p><strong style="color: rgb(247, 150, 70);">課包關鍵詞</strong>：</p><p>Star-ccm+、ansys、阻力計算、波浪運動響應、旋轉螺旋槳數值計算、波物耦合計算、船舶板架結構強度分析……</p><p><br></p><p class="ql-align-center"><img src="https://bexp.135editor.com/files/users/826/8262403/202405/9Y76xUdk_aMAz.jpg?
展開 Fluent VOF波浪造波問題（加凸臺）
本案例利用Fluent中的VOF模型，對帶結構物的階梯水槽波浪問題進行了仿真計算。
該案例比較簡單，屬于Fluent VOF波浪造波問題的一個延伸，模擬近岸區域的橋墩受波浪運動時的受力仿真問題。
1 前處理設置
采用scdm軟件對幾何結構進行劃分。
采用了Fluent meshing進行前處理，采用多面體的方法對體網格進行劃分。
2 計算設置
2.1 導入網格
通過Switch to Solution導入網格進行求解計算。
2.2 General設置
選擇瞬態計算，并設置重力加速度
2.3 材料定義
此處添加材料為water作為海水。
2.4 模型設置
采用 k-w SST 湍流模型，并開啟VOF多相流模型。VOF模型設置如下，開啟open channel flow和open channel wave bc模型。
2.5 邊界條件
簡單模擬造波問題，一端定義為速度進口，一端定義為壓力出口，其他部分皆為壁面。
首先設置速度進口的相關參數，勾選Open Channel Wave BC。
根據模型具體尺寸，選擇自由液面的高度與海底高度。并 設置波浪的參數，浪高、浪寬與波浪模型。
然后對出口條件進行設置，打開open channel，設置自由液面與海底高度。
2.6 初始化設置
進行初始化設置，選擇初始化的方法。
3 后處理設置
通過mesh與contours添加后處理云圖。
4 橋墩受力云圖
導入波浪仿真動畫。
波浪云圖
表面壓力云圖
展開 ANSYS AQWA計算案例 | 海洋平臺波浪載荷的計算和傳遞
波浪載荷是半潛平臺所遭遇的環境載荷的主要部分，對船體的總強度校核起決定性的作用。因此在極限海況下對半潛平臺的波浪載荷特性進行分析以及對其運動響應進行預報是平臺設計的基礎，也是平臺設計的關鍵。各大船級社規范對此也有要求。
ANSYS系列產品主要專注于工程結構的CAE仿真分析，通過仿真模擬來掌握海洋平臺等工程結構的安全性、可靠性。采用ANSYS仿真，可以在設計階段就把設計風險降低，并充分掌握海洋平臺在各種惡劣載荷條件下的響應和工作狀態。
2
分析方法
波浪運動是一個隨機過程，而通常結構物強度計算校核需要得到確定的結果，所以需要采取一定的分析方法對波浪載荷進行處理。目前規范中的使用方法主要是設計波方法。設計波通常是簡化的規則波，可以采用水動力軟件直接計算波浪對平臺的載荷。
波浪載荷的傳遞，并不僅僅是載荷的施加，還需要考慮水動力結構的網格模型和強度校核模塊的網格模型的差異，包括單元類型的差異、單元位置和形狀的差異。在載荷傳遞的過程中，需要考慮網格的匹配。
3
波浪載荷計算與傳遞
一般來說，海洋平臺在海面上受到的與波浪相關的載荷包括靜水壓力、動水壓力和運動產生的慣性載荷。其中，靜水壓力可以在ANSYS Mechanical中直接施加，但是動水壓力和運動的慣性載荷需要采用水動力軟件計算。采用ANSYS AQWQ可以方便的計算出波浪的動水壓力以及海洋平臺運動產生的慣性載荷。
在ANSYS系列軟件中，要將AQWA計算的波浪載荷傳遞給Mechanical進行進一步的強度校核，可以采用兩種方法：
（1） 通過ANSYS AQWA-WAVE計算加載的APDL命令傳遞；
（2）通過中間格式文件采用OC系列命令傳遞。
文章來源：安世亞太
展開 這樣講解諧波減速器，是不是特別清楚？
當波形發生器旋轉時，它產生波浪運動。
撓性花鍵有一個圓柱形的杯狀結構，由柔韌但抗扭的合金鋼材料制成。杯子的側面很薄，但是底部又厚又硬。
杯子的開口端是柔性的，但是封閉端是相當剛性的，因此我們可以將它用作輸出端，并將輸出法蘭連接到其上。撓性花鍵在杯的開口端有外齒。另一方面，圓形花鍵是一個內部有齒的剛性環。圓弧花鍵比柔輪花鍵多兩個齒，這實際上是應諧波傳動系統的關鍵設計。
因此，當我們將波形發生器插入Flex樣條曲線時，Flex樣條曲線將采用波形發生器的形狀。
當波形發生器旋轉時，它會使撓性花鍵的開口端徑向變形。波形發生器和撓性花鍵然后被放置在圓形花鍵內，將齒嚙合在一起。
由于彈性花鍵的橢圓形狀，牙齒僅在彈性花鍵的相對兩側的兩個區域嚙合，并且這兩個區域跨越波發生器橢圓的主軸。
現在，隨著波形發生器的旋轉，與圓形花鍵嚙合的撓性花鍵齒將慢慢改變位置。由于柔性花鍵和圓形花鍵之間的齒數不同，對于波形發生器每旋轉180度，齒嚙合將導致撓性花鍵相對于波形發生器向后少量旋轉。換句話說，隨著波形發生器每旋轉180度，與圓形花鍵嚙合的撓性花鍵齒將僅前進一個齒。
因此，波形發生器旋轉360度時，撓性花鍵將改變位置或前進兩個齒。
例如，如果撓性花鍵有200個齒，波形發生器必須旋轉100圈，柔輪花鍵才能前進200個齒，或者柔輪花鍵只能旋轉一圈。這是100：1的比例。在這種情況下，圓弧花鍵將有202個齒，因為圓弧花鍵的齒數總是比撓性花鍵的齒數多兩個。
我們可以用下面的公式很容易地計算出減速比。
展開 什么是水力學？？
文藝復興期間，意大利人達·芬奇在實驗水力學方面獲得巨大的進展，他用懸浮砂粒在玻璃槽中觀察水流現象，描述了波浪運動、管中水流和波的傳播、反射和干涉。
十八世紀末和整個十九世紀，形成了兩個相互獨立的研究方向:
一是運用數學分析的理論研究流體動力學。
二是依靠實驗的應用研究水力學。
開爾文、瑞利、斯托克斯、蘭姆等人的工作使理論水平達到相當的高度，而謝才、達西、巴贊、弗朗西斯、曼寧等人則在應用水力學方面進行了大量的實驗研究，提出了各種實用的經驗公式。
十九世紀末，流體力學的發展扭轉了研究工作中的經驗主義傾向，這些發展是:
1.雷諾理論及實驗研究；
2.雷諾的因次分析；
3.弗勞德的船舶模型實驗；
4.空氣動力學的迅速發展。
二十世紀初的重要突破是普朗特的邊界層理論，它把無粘性理論和粘性理論在邊界層概念的基礎上聯系了起來。
邊界層理論：當流體在大雷諾數條件下運動時，可把流體的粘性和導熱看成集中作用在流體表面的薄層即邊界層內。根據邊界層的這一特點，簡化納維－斯托克斯方程，并加以求解，即可得到阻力和傳熱規律。
二十世紀水力學的研究方向不斷發展：
1.從定床水力學轉向動床水力學 ；
2.從單向流動到多相流動；
3.從牛頓流體規律到非牛頓流體規律；
4.從流速分布到溫度和污染物濃度分布；
5.從一般水流到產生滲氣、氣蝕，引起振動的高速水流。
以電子計算機應用為主要手段的計算水力學也得到了相應的發展。水力學作為一門以實用為目的的學科將逐漸與流體力學合流。
牛頓流體：是指在任意小的外力作用下即能流動的流體，并且流動的速度梯度(D)與所加的切應力(τ)的大小成正比，這種流體就叫做牛頓流體。
展開 振蕩水柱波浪能發電技術研究進展
波浪能從捕獲到發電需要經過三級能量轉換：一級轉換為波浪能被捕能裝置捕獲, 二級轉換為將捕能裝置捕獲的能量通過能量轉換裝置轉換成發電機所需的能量形式（機械能）, 三級轉換為通過發電機等發電設備將能量以電能形式輸出[2]。振蕩水柱能級轉換如圖1所示。
OWC波浪能裝置（圖2）的結構設計簡單, 將空氣作為能量轉換媒介, 受控容易, 通過低成本的氣室將波浪的動能和勢能轉換成氣體的動能, 透平發電機組不直接與海水接觸, 避免了海水腐蝕和機組密封等問題[3], 提高了裝置在海洋環境下的壽命, 且安全可靠, 維護方便。但是OWC設備體積較大, 這導致其在安裝和運輸方面的不便。OWC以氣體為能量轉換媒介, 氣體頻繁地被壓縮和膨脹導致轉換效率低。
按照OWC裝置工作狀態的不同, 可將其分成固定型OWC和振蕩型OWC。固定型OWC在工作時裝置本身是基本不動的, 通過波浪作用于氣室內部的水柱形成振蕩水柱, 從而使氣室內空氣往復運動推動空氣透平旋轉。固定型OWC主要考慮氣室內部水柱在波浪作用下的運動響應, 水柱主動振蕩運動, 可以作為單自由度振動系統進行研究。振蕩型OWC裝置整體漂浮在海上, 在工作時會隨著波浪搖蕩運動, 其氣室體積變化受浮體和水柱雙重運動影響輸出氣動功率, 從而驅動空氣透平旋轉帶動發電機發電[4]。振蕩型OWC不僅要考慮氣室下方水柱的振蕩運動, 還應著重考慮整個浮體在波浪作用下的運動響應, 重點研究水柱與氣室管道間的相對運動, 可作為多自由度受迫振動系統進行研究。
2 OWC波浪能發電技術進展
2.1 OWC裝置起源
據《科學美國人》（Scientific American）報道, 最早應用OWC技術的裝置是1885年美國在沿海海岸部署的34個用作導航的吹氣式浮標[5]。
展開 
回收塑料變農具，細說3D打印在非洲的扶貧
研究人員還在開發新型挖沙適配器、非電動牛奶冷卻器和彎刀削皮機，以及能夠利用波浪運動抽水的回收船打包機。
這個綠色扶貧項目已經在美國工業設計師協會的年度國際優秀設計獎的社會影響類別中獲得提名，但由于該項目將持續到2021年12月31日，埃文斯仍然專注于其商業模式在支持非洲當地農業、漁業和建筑公司方面的潛力。
埃文斯補充道："我們的工藝使廢舊塑料水瓶的回收成為一個有吸引力的經濟主張，將其轉化為3D打印的長絲。通過將其與工業設計方法相結合，在不需要工具的情況下，單單憑借3D打印復雜結構的能力實現產品的生產通常是不可行的。"
△拉夫堡團隊的3D打印 "水果抓取器"。照片來自拉夫堡大學
03
其他回收項目——3D打印三輪車
奧地利設計工作室EOOS開發了一種零排放的多功能電動三輪車，這輛車最大的特點是車架架構使用3D打印技術和回收材料制造。
這輛電動三輪車是用從奧地利首都的各個超市收集的70公斤塑料制成的。它是一輛電動車，沒有踏板和鏈條，通過一個后輪轂電機來驅動。
EOOS設計這個項目的目的，是讓每個人都能在自己家附近的工廠里3D打印車架，然后在商店里購買配件（車輪、剎車、車把、電機）組裝三輪車。
這種本地生產的概念已經變得越來越流行，因為它能夠減少人們對生態環境的影響。
奧地利的工作室與The New Raw協會合作開展這個項目。The New Raw協會曾經還完成過 "打印你的城市 "項目，這個項目在阿姆斯特丹用回收的廢物3D打印家具。
這個協會通過賦予廢棄物第二次生命，來實現循環經濟的理念。如果不使用3D打印技術，這個想法是不可能實現的。
展開 極端波浪放大及其對海上結構的沖擊載荷
數值波浪水槽中波高為22米、周期為12秒時柱體的放大視圖
圖11. 中心平面的速度場。
圖12. 速度場快照，二維波浪沖擊甲板研究。
圖13. 甲板沖擊力時間歷程示例
六、結論
針對四種不同結構，進行了圍繞和穿過柱體的自由液面波高的線性和二階數值建模案例研究。通過系統的收斂性研究，選擇了最終的數值模型。結果顯示，自由液面上的空間面板分辨率比在結構體上的更為關鍵。將不同位置和不同波陡度下的最大波峰高度預測值與模型試驗數據進行了對比。
線性預測明顯偏低，而二階校正值在許多情況下與試驗數據相符。然而，仍在陡峭波浪中發現了一些差異。特別是在距迎波側柱體幾米范圍內，模型預測低于測量值，這被認為是基本諧波放大預測不足所致。而在更遠位置以及半潛船尾部柱體附近，則出現了二次諧波分量預測過高的現象。
描述了簡化的甲板波浪沖擊載荷模型，該模型基于Kaplan方法（動量守恒原理）和因船體結構而導致的入射波的二階放大。計算得出隨時間變化的綜合載荷。由于采用了有效的附加質量隨時間變化的近似計算方法，該方法運行速度較快。結果顯示，與GBS平臺的甲板載荷測量值總體上吻合良好。
使用商用的Volume-of-Fluid方法進行的全非線性建模初步研究取得了有前景的結果。所得波浪運動學和甲板載荷在合理范圍內，盡管仍有改進空間。由于邊界反射，大型數值波浪域與計算機性能之間的平衡目前是一個挑戰。
建議進一步研究自由液面升高的解釋和實際應用，尤其是在工程應用中結果的穩健性。建議對甲板波浪模型進行更多驗證案例，包括局部沖擊事件，并探討該方法的實用性。最后，建議在全非線性工具的使用和驗證方面進行更多工作，關注空間和時間分辨率的選擇以及適當的初始和邊界條件等重要問題。
展開 分析系統各單元中英文對照及功能介紹
Rigid Dynamics：剛體動力學分析（使用ANSYS的剛體動力學求解器），用于計算一個裝配體（由一系列剛體通過運動副和彈簧連接而成）的動力學響應。
Hydrodynamic Diffraction：AQWA用于計算一個結構在規則或不規則波浪作用下的波浪力和結構運動，AQWA Hydrodynamic Diffraction用于對結構計算模型進行網格劃分。
Hydrodynamic Time Response：AQWA用于計算一個結構在規則或不規則波浪作用下的波浪力和結構運動，AQWA Hydrodynamic Time Response用于對結構計算模型施加海洋環境力（風、波浪、海流）。
2．流體分析系統
Fluid Flow (CFX)：流體分析（使用CFX），支持不可壓縮和可壓縮流體流動分析，支持復雜幾何的熱傳導分析。
Fluid Flow (FLUENT)：流體分析（使用FLUENT），支持不可壓縮和可壓縮流體流動分析，支持復雜幾何的熱傳導分析。
Fluid Flow (POLYFLOW)：流體分析（使用POLYFLOW），支持帶自由面的流體流動分析，支持復雜流變學分析（帶黏彈性的非牛頓流體）。
3．熱分析系統
Steady-State Thermal：穩態熱分析，用于計算一個物體在不隨時間變化的熱載荷作用下的溫度、熱梯度、熱流率和熱通量。
Thermal-Electric：穩態的熱-電傳導分析，計算電阻材料的焦耳熱，以及熱電學中的Seebeck效應、Peltier效應和Thomson效應。
Transient Thermal：瞬態熱分析，用于計算隨時間變化的溫度和其他熱工程量。
4．其他分析系統
Electric：電學分析，支持穩態電導分析。
Magneto Static：支持3D靜磁場分析，磁場可以由電流或永磁體產生。
展開 仿生魔鬼魚！美國發明水陸兩棲機器人！兩翼一劃驚呆了
它依據仿生學原理，兩側“長”有一對波浪形飄帶，它們類似魚類的鰭，能為機器人的前進、轉向提供動力。
Velox自2017年亮相，就吸引了一大批人的關注，這款模仿了鰩魚或魷魚的仿生機器人不僅僅能在水里自由穿行，還在陸地上走出了蛇的妖嬈。
而最近，Pliant公司公布的視頻顯示，Velox又學會了在冰上穿行的本領。
Velox無論是什么地形，都通過控制飄帶進行波浪形運動提供前進動力。
除此之外，Velox的鰭使用特殊材料，它的設計初衷是構建一個能量生成系統，比如懸停在某一水域中利用水流為機器人充電。
Velox的鰭有一個很大的表面積，它提供了一個巨大的、相對運動緩慢的水流接觸面，能更高效地收集能量。
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