耐波性的案例
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據主要有如下幾部分：
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。
隨著仿真技術的發展，如何通過數值手段對耐波性結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則波和不規則波中的運動和附加阻力，也包括在靜水中的阻力、升沉和縱搖。
高效的求解方法
耐波性數據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：傳統切片法—>局部非線性切片法—>線性邊界元（3D）法—>非穩態RANS方法—>大渦模擬（LES）—>直接數值模擬（DNS）。從非穩態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，旨在填補傳統勢流方法與非穩態、粘流方法之間的空白。與傳統的勢流方法相比，該方法具有更高的精度，同時也比現有的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6~8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200~400小時。
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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據主要有如下幾部分：
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。
隨著仿真技術的發展，如何通過數值手段對耐波性結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則波和不規則波中的運動和附加阻力，也包括在靜水中的阻力、升沉和縱搖。
高效的求解方法
耐波性數據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：傳統切片法—>局部非線性切片法—>線性邊界元（3D）法—>非穩態RANS方法—>大渦模擬（LES）—>直接數值模擬（DNS）。從非穩態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。
展開 使用 Cadence Fidelity FINE/Marine 對 SA Agulhas II 進行
介紹
船舶 CFD 技術的突破性進步已經取代了古老的拖曳水池測試技術。在設計船舶原型時，會考慮海浪運動來確定船舶的尺寸。為此目的使用牽引水箱測試面臨下坡路，因為在得出最佳設計結論之前測試多個模型既昂貴又耗時。如今，左移方法正在慢慢實現并應用于海洋工業以縮短上市時間，因此，CFD 工具被廣泛用于船舶設計周期中故障的早期預測。
以下示例展示了使用 Cadence Fidelity FINE/Marine 研究 SA Agulhas II 的耐波性：
圖 1. SAA II 船在南極洲救援航行期間的圖像。
關于 SA Agulhas II
SA Agulhas II，SA 的繼任者。Agulhas 是南非的破冰補給船和研究船，由 STX Finland 于 2012 年建造，歸南非環境事務部 (DEA) 所有。2022 年 2 月至 2022 年 3 月，SA Agulhas II 使用潛水器定位了 1915 年被冰山撞擊后沉沒的 Shackleton 船 Endurance 的殘骸。目前，斯泰倫博斯大學的聲音與振動小組 (SVRG) 正在研究 SA Agulhas II 的耐波性，他們正在使用 Cadence CFD 工具完成這項任務。
使用 Cadence Fidelity FINE/Marine 的好處
Cadence Fidelity FINE/Marine 提供從幾何準備到后處理的無縫工作流程。使用 Cadence CFD 工具，SVRG 團隊生成了一個高質量的網格，該網格由非結構化的全六面體網格組成，具有各向異性的單元細化，同時對單元分布具有高度控制。使用 HEXPRESS 中的膨脹技術可以精確解析邊界層，保持第一個單元格大小，這對湍流建模至關重要，并確保平滑過渡到 Euler 網格。
圖 2.
展開 如何提高CFD效率和精度？【技術研討會報名-5月23/24日上海|北京】
汽車/高速列車
Fidelity針對前處理和仿真求解方面的核心技術和差異性優勢
Fidelity的驗證算例、客戶應用以及專門針對汽車應用的研發計劃
Pointwise在高速列車外流場分析中，展示不同網格劃分方案對計算精度的影響
船舶
從專門的船舶海洋工程水動力網格制作技術到船舶的阻力、耐波性、操縱性、推進器
風場的快速高精度數值預報功能方案
如何助力更高效的船舶性能預報與優化
介紹了Fine Marine軟件的近期新功能及C-wizard耐波性仿真的典型應用案例
CFD模擬在船舶EEXI方面的應用
葉輪機械
從1D設計（葉輪機械）到 3D RANS，再到 DES、LES 的完整湍流解決方案
從1D到3D的設計到性能預報和性能優化等創新型工作流程
運用Cadence CFD軟件平臺完成了大功率離心壓縮機內部流場的數值仿真
汽輪機設計的技術問題、現狀以及對未來技術發展的展望
如何采用技術，高效地完成磁懸浮離心葉輪的設計與開發
展開 
【綜述】船舶在波浪上縱向運動與控制研究
2003 年，Giron-Sierra 等 [54] 采用完全面向控制的模型（Control-oriented model）研究了高速船的 PID 控制問題，結果表明，主動控制附體對波 浪 中 船 舶 航 態 的 穩 定 有 重 要 作 用 。
隨 后 ，Esteban 等 [55] 改進了該垂向運動的控制模型，計算結果表明，引入主動控制的減搖附體后，船舶在高速高海況下的垂向加速度可降低 65%，暈船率可減小 35%。與此同時，Sclavounos 等 [56] 采用三維 Rankine 面元法研究了高速單體船的耐波性，計算發現，安裝于艏部的水翼可減少不規則波中（Jonswap 譜）多達 50% 的垂蕩和縱搖運動。
2001 年，Aranda 等 [57] 采用了不同的附體控制策略（包括傳統 PID 控制和采用遺傳算法進行優化）來降低高速單體船的暈船率。結果表明，在高海況時波浪引起的垂向加速度更高，并且由于需要提供更大的恢復力（矩）來對抗垂向波浪力，附體的減搖效果有所降低。隨后在 2005 年，又研究了使用多變量魯棒控制器來降低船舶航行時的暈船率 [58] 。Díaz 等 [59-60] 利用定量反饋理論（Quant-itative Feedback Theory, QFT）設計了一種單變量的魯棒控制器，可以有效減少高速船的垂向運動和暈船率。
此外，De La Cruz 等 [61] 使用模糊控制理論，在不同的航速和海況下較大限度地改善了船舶的耐波性。López 等 [62-63] 將神經模糊控制系統推廣到了對 T 型翼和艉壓浪板的控制中，規則波和不規則波中附體減搖的仿真結果表明，該控制策略可以降低暈船率，并對船舶運動起到良好的預測作用。
展開 讀書筆記：面向前期設計的船舶數字化設計
許多控制因素，如主要尺寸和幾何系數、動力、輕船重量、有效載荷、載重、耐波性等，預計并不會在船舶的后續設計階段發生重大變化。
一般來說，概念船設計包括兩個階段，即：生成設計方案的階段和決策制定階段，其中候選方案之一最終被選為“最佳可能”方案。這就帶來了在不確定性下設計的問題，并表明需要一個以上的標準來衡量質量。最小化單個屬性（例如，要求的運費率），通常會找到它的最小值;然而，將有許多其他設計接近于在其他重要屬性（例如，速度、成本、耐波性等）沒有經過優化。很明顯，多準則方法提供了更多的洞察設計特點。多準則設計過程的實施需要合適的決策方法和適當的數學設計模型。設計模型經由特定設計模塊（關于船體形狀、流體靜力學、阻力、動力、耐波性、空間利用、成本估算等）預測候選船舶的值/效用設計屬性。從輸入到設計模型的隨機變量和設計參數的集合。
概念設計的最終范圍是降低風險，驗證最重要的船舶性能要求，并為初步設計的開始建立基礎。典型概念設計的產品和文檔如表1所示
由于需要在不同設計之間比較性能、成本和風險。因此強調相對的準確性和一致性，而不是絕對準確性。總的來說，“最佳可能設計”的集合必須說明船東感興趣的能力與成本以及與風險的權衡。在概念設計階段結束時，將確定新船的主要特征沿著主要船舶性能要求，即所需的船舶能力。大多數描述概念設計的船舶設計方法的文獻，不包括適合在概念階段使用的分析程序，也不包括當設計概念發生變化時允許對生產考慮進行評估的程序。現代過程控制方法便于制造過程數據的檢索和收集，這些數據可用于生產設計的逼真模型而不是概念設計。在概念設計階段，大多數船舶設計的分析工具可能并不容易使用。
在概念設計階段需要評估幾種可行解決方案的合理性。在目前采用的方法中，一般是選擇一種設計備選方案并多次修改，以滿足技術和成本要求，并進行大量的設計工作。
展開 Cadence Fidelity：舊拖車坦克的新花樣
三項先進的拖曳水池測試包括：
耐波性測試：其中一項進步是向拖曳水池添加波浪（使用波浪發生器）。不是常規的波浪，而是不同波浪類型的組合，以創建逼真的圖案。可以測量船舶對這些波浪的響應。這些測量有助于分析所需的發動機功率、乘客舒適度的船舶設計（防止暈船）以及有效保持適航性的其他措施。一個限制是拖曳水箱僅適用于船首波。
操縱系數測試：該測試為不同船體類型提供精確的操縱系數，從而回答哪種舵設計與船體模型完美匹配以實現最佳操縱。托架上的平面運動機構 (PMM)在將船體向下移動到坦克時左右搖擺船體，從而記錄在此過程中施加的所有力。這種左右運動有助于得出準確的操縱系數。
破冰測試：在該測試中，制作一塊特定厚度的冰塊，并由專門的拖車將其拖入水箱中。這種測試可能非常昂貴，因為在前一個冰被破壞后需要創建新的冰。該測試有助于記錄破冰所需的功率以及船舶破冰時的速度。
虛擬拖車坦克
Cadence Fidelity Marine CFD仿真包含專用的虛擬造船和船舶設計工具，充當虛擬拖曳水箱，提供易于使用、可擴展、高度自動化的優化流程和無與倫比的自由表面建模。通過我們專門的工作流程和團隊，解決并優化您設計中的推進、阻力、耐波性、風研究和操縱。使用 Cadence CFD 解決方案，讓自己獲得最高的準確性和效率。
由于不斷變化的海洋、運輸、裝載和競賽條件影響船舶設計性能，可能需要數百甚至數千次模擬運行才能最終確定設計并對結果的準確性充滿信心。因此，自動化對于在不影響結果準確性的情況下最大限度地縮短周轉時間至關重要。我們的解決方案具有低弗勞德數和高弗勞德數阻力、適航性、（自）推進、縱傾優化、開放水域螺旋槳以及船舶 CFD 分析的許多其他方面的自動化。我們的海軍工程師團隊與客戶密切合作，創建專用的自動化工作流程。
展開 SimForge? 動態｜告別算力困局，實現云端圖形交互！國產CFD軟件——MarineFlow正式上線
船舶快速性、耐波性、操縱性仿真需求旺盛，網格規模動輒千萬級。
本地工作站算力吃緊？計算以“周”計，項目周期被嚴重拖慢。
圖形交互卡頓？2000萬網格下，旋轉、剖切、后處理操作舉步維艱，效率低下。
數據孤島協作難？團隊分散，模型傳遞、版本管理、實時討論障礙重重。
針對上述困境，神工坊?攜手中國船舶科學研究中心與中船奧藍托無錫軟件技術有限公司，正式推出云端版「MarineFlow」流體仿真軟件！
01 MarineFlow：國產專業船舶CFD解決方案
流體分析軟件MarineFlow（NaViiX求解器）是由中國船舶科學研究中心聯合中船奧藍托無錫軟件技術有限公司研發的一款具有完全自主知識產權且實現工程化應用的流體仿真軟件。
MarineFlow 以有限體積法求解 N-S方程為核心，具有優秀的網格兼容性，擁有豐富的湍流和自由面模型和不受限制的大規模并行計算能力，對標主流商用軟件 Fluent、StarCCM+，計算精度和計算效率與商軟相當。
展開 CFD學習：渦旋脫落在海洋工程中的應用
流速測量的準確性非常重要，因為渦旋脫落的頻率與流速成正比。
流量測量允許工程師通過確保遵守設計規范來控制流量。然而，重要的是要注意，由于渦旋脫落頻率的可預測性低，湍流或不穩定流的流量測量精度可能會降低。
能量收集：通過在阻流體表面安裝壓電收集器，可以將流動的動能轉化為電荷。由于渦流脫落而在壓電材料中產生的機械應力可用于產生電力，可在船上使用。
穩定性和適航性：由于洶涌的波浪，船舶會經歷明顯的顛簸或搖擺，從而難以保持航向并引起乘客不適。減輕這種情況的一種方法是利用渦流脫落來引起受控振動。添加鰭狀結構等結構會產生可控振動的渦流，因此船舶和波浪可以平滑地相互作用，從而提高穩定性和耐波性。
海洋結構中的渦流脫落效應
阻力：當流體在容器周圍流動時，渦流會脫落，從而在其后面產生尾流湍流。這會增加阻力并損害結構的性能。然而，通過設計修改，可以為較小的尾流湍流引入受控渦流（即低壓和高壓交替區域），這有助于減少阻力。
空化：渦流脫落導致低壓和高壓區域的形成。在低壓區域，當壓力下降到低于蒸氣壓時會形成空化氣泡。當這些氣泡移動到高壓區域時，它們會破裂并產生沖擊波，對海洋結構造成嚴重破壞。添加流體動力部件或設計修改以優化流量或壓力可以幫助減少氣蝕損壞。
噪音和振動：海洋結構中的噪音和振動來自渦流脫落，它會產生高壓和低壓區域。壓力差會產生不穩定的流體力，從而導致結構和周圍流體發生機械振動。船舶設計的有效優化有助于減少振動和噪音的傳播。
借助計算流體動力學 (CFD) 可以更好地分析上述渦旋脫落應用的有效性和設計優化要求。
實施 CFD 以實現最佳船舶設計
在海洋工程中，CFD 允許系統設計人員研究流體-結構相互作用，以便可以應用必要的設計修改來優化性能。
展開 Shipflow 7.0 版本重磅發布
具體介紹如下：
Shipflow7模塊
Shipflow 7模塊在以往的基礎上進一步改進了仿真的精度和軟件易用性，具體更新有：
1. 全新針對RANS方法的網格生成設置，改善了較大方形系數船體的仿真精度；
2. 支持分別設置船體不同位置的表面粗糙度，并改善了默認的船體表面的粗度模型和AHR/ks設置，從而可以更準確地計算出船舶全尺度收到功率Pd；
下圖為Shipflow 7得出的模型粗糙度和水池試驗的結果的對比。
3. 支持全尺寸功率預測，有效的直接全尺寸模擬；Shipflow 7計算得到的收到功率和海試的結果比較，誤差不超過1%。
4. 支持快速讀取內置的B系列螺旋槳模型進行仿真計算；
prop (id="ID1",xsh=1.5,zsh=1.5, dprop=2.0, dhub=0.5,Wageningen, nbla=4,ear=0.4,wpd=1.0).
5. 自動后處理更新，支持paraview5.10和Python3.9。
Motions7 模塊
Motions 模塊是針對自由表面流動的一個完全非線性非穩態的勢流求解器，可以很好地解決船體耐波性以及各種水上漂浮物的6DOF運動問題。
Motions 7的主要更新有：
1. 全新一代的耐波性仿真計算求解器代碼；
2. 在高級海況下具有更好的準確性和魯棒性；
3.
展開 abaqus漂浮模擬 ￥10
分析時，軟件求解流體動力（如波浪力）與結構響應（如位移、應力），評估穩定性及耐波性。此類仿真可優化浮體設計，提高安全性與性能，為海洋工程提供關鍵技術支持。</p><p><br></p><p>另外借助abaqus的流固耦合功能和子程序，還可以實現造波分析。另外，lsdyna最新的FSI算法，采用SALE構建結構化網格可以實現快速計算，同樣可以作出造波效果，后面我會更新相關的案例。</p><p><br></p><p>以下為本案例的效果圖：</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202504/attachment/b58759ade535434794ad4ca2319611ae.gif" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202504/attachment/b58759ade535434794ad4ca2319611ae.gif" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202504/attachment/b58759ade535434794ad4ca2319611ae.gif?
展開 
AQWA中慣性矩的計算
源自《船舶耐波性》
橫向慣性半徑：
縱向慣性半徑：
源自《船舶原理》下
杜埃爾公式：
Zg為以基線算起的重心高度。
在模型試驗中，為保證慣性力相似，對實船慣性矩的估算多采用慣性半徑法，把船體縱搖慣性矩寫成：
通常取
文章來源：CFD流場分析
汾西重工為“沈括”號深海遠洋科考船提供核心動力
汾西重工提供的直流組網電力推進系統，具有耐波性好、靜音效果佳、動態響應能力強、節能減排等特點，與常規方案相比，設備占地面積節省超過30%，重量節省約40%，振動噪音低，系統并網時間短，機組啟動至完成并網發電時間僅需10s，系統穩定性高，燃油消耗降低7%、系統整體優越性能超出了客戶的預期，能為船東帶來可觀的經濟效益。
汾西重工直流組網電力推進系統技術研制的核心團隊由海歸博士烏云翔、邵詩逸、岳凡組成。汾西重工是國內三家獲得中國船級社原則性認可的直流組網電力推進系統的集成商之一，也是全球范圍內首家獲得CCS產品認可的集成商，領先于ABB、西門子獲得實船產品認證，打破了國外壟斷，填補了國內空白，標志著國產電力推進系統集成商從新技術的追趕者開始向引領者定位轉換，為升級中國智造注入新動能。
來源：機械博覽
展開 國內第一本關于ansys aqwa 的書籍出版了
本章結合工程實際簡要介紹了海洋工程環境條件、流體動力學、耐波性與系泊定位分析理論并穿插介紹部分常用規范；
第3章：經典AQWA的建模。本章介紹了基于經典AQWA進行船體水動力模型建模與混合水動力模型建模的方法、主要流程以及部分建模技巧；
第4章：使用經典AQWA進行浮體分析。對經典AQWA的運行模式、命令卡片的含義等進行了解釋，并以一個實例說明使用經典AQWA進行浮體分析的主要流程與數據處理方法；
第5章：AQWA與Workbench。對基于Workbench進行AQWA水動力分析的運行模式和方法進行了介紹，并以一個實例說明使用Workbench界面進行浮體分析的主要流程與數據處理方法；
第6章：分析實例。以四個較為完整的實例對使用AQWA進行多體水動力分析、混合模型水動力計算分析、靠泊分析、單點FPSO系泊分析的主要流程與方法進行了介紹。
希望通過本書，能夠使初步接觸海洋工程浮體分析以及初次接觸AQWA軟件的朋友們能夠建立起浮體分析的基本概念與分析思路，快速地掌握軟件操作以及分析浮體問題的方法。
目前本書已經陸續上市，歡迎關注。
展開 世界無人艇技術研發動態與作戰使用分析
⒈船型設計與制造
船型技術是水面無人艇快速性和穩定性的關鍵技術，目前，已有產品主要包括半潛、常規滑行、半滑行、水翼等艇型，在研產品集中于常規滑行、半滑行兩種。常規滑行通常采用V型、深V型或M型，綜合性能好，拖曳能力強，但對負載分布非常敏感，穩定性差；半滑行型艇具有較低的阻力和較高的適航性，耐波性好，是一種性價比高、航行姿態穩定的水面平臺，航速可超過30節。
⒉吊放與回收技術
無人艇吊放是無人艇實際使用的第一步，回收則是最后一步，無論吊放與回收，傳統上均需要母艦艦員輔助配合，難以適應高航速、高海況時的需求，因為這不僅耗費大量的時間，還大大增加了人員操作時的危險性。
鑒于此，各國競相研發快速安全又不需要人工干預的吊放回收方式。美國“獨立”級瀕海戰斗艦采用的是艉部收縮臂式收放系統，而“自由”級瀕海戰斗艦采用的是舷側伸縮收放系統，德國主要為自行研發的吊艇架式收放系統，法國主要為艉部雙滑道式收放系統，耗時最短、海況影響最小的是塢艙式回收方式。
⒊通信與網絡安全
無論現在以受控為主的工作模式還是未來自主規劃為主的工作模式，可靠通信的范圍就是無人艇有效工作的范圍。在無人艇挑戰賽中，通信問題頻發，除了同頻干擾外，強烈的電磁環境也是重要原因。在未來海戰場，復雜的電磁環境將是無人艇工作的強大威脅，而對于大中型無人艇，遠海通信體系的保障能力尤為重要。
此外，由于船舶與所控無人艇的緊密聯系，網絡的安全性非常重要。總的原則是設置網絡深度防御機制，對網絡侵害行為進行阻止、辨識防范，降低惡意攻擊對系統的損害。
二、世界主要國家的無人艇裝備及作戰使用理念
目前，全球無人艇市場共有60余種型號，軍用無人艇占比超過70%。無人艇裝備及其作戰使用是一個國家海軍戰略的自然延伸，各國依據各自不同的軍事需要產生了技術側重不同的產品，呈現百花齊放的繁榮發展局面。
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