AQWA，系泊，運動分析
關注創建者：Nutshell 創建時間：2016-03-16
AQWA，系泊，運動分析的實例教程
在系泊方面，KIM等[4]針對一種FPSO進行系泊系統時域耦合，分析了不同風浪下的浮體運動響應和系泊動力分析，并與試驗數據作對比。TANG等[5]通過建立網箱的時域數值模型，分析破損系泊系統下網箱的運動情況及系泊力的變化。LIN等[6]通過AQWA軟件對半潛式浮式平臺進行水動力性能及系泊系統分析，并研究了系泊對平臺水動力的影響。結合前人所研究的結論，馬勇等[7]考慮了水輪機、風力機與平臺的相互作用；郭小天等[8]針對潮流能發電裝置在各種外載荷下的運動性能，合理地設計了適用于潮流能發電站的彈性索-錨鏈組合系泊系統。周丙浩等[9]利用Fortran對AQWA進行二次開發，研究風力機、水輪機與平臺的耦合運動效應。
本文以“海洋漁場1號”為母型設計了一型半潛式海洋牧場養殖裝置，結合海洋能源利用和漁業養殖，在海洋牧場上安裝風力機和潮流能水輪機。根據平臺結構設計的2種系泊系統，利用間接時域分析法進行時域水動力性能的分析。研究成果可為海洋牧場系泊系統設計提供有效依據，為未來海洋牧場與能源綜合利用平臺的設計建造提供參考。
01
計算理論及模型
1.1 時域計算方法
對于研究浮體在波浪下的運動問題，首先需要求解流場速度勢[10]。通過線型疊加入射勢、輻射勢及繞射勢，以此來表示浮體周圍流場的總速度勢：
式中：Φ1(x,y,z,t)為入射波速度勢；ΦR(x,y,z,t)為輻射速度勢；ΦD(x,y,z,t)為繞射速度勢；(x,y,z)為流場中的位置坐標；t為時間。
展開 摘 要：利用水動力分析軟件AQWA,基于三維勢流理論，采用數值分析法對圓筒型浮式防波堤進行了水動力研究；計算得到了不同浪向下的防波堤幅值響應算子、不同水深下的附加質量、防波堤運動響應和纜索張力。研究結果表明：本浮式防波堤橫蕩、縱蕩與垂蕩運動主要由低頻運動引起；由于系泊纜多為艏纜和艉纜，因而浮體縱蕩運動時域幅值較小，相較橫蕩與垂蕩的運動幅值小一個數量級。
關鍵詞：港口工程;三維勢流理論;浮式防波堤;幅值響應算子;附加質量;
0 引 言
隨著人類對海洋資源開發的深入，對沿岸結構和某些海洋工程結構物保護的需求也越來越大。防波堤作為一種重要的現代海洋工程結構物，能起到減弱外海波浪強度、維持堤內水域平穩、保護港內建筑及海洋工程結構物安全的作用。浮式防波堤是一種常見的海洋工程結構物，主要由浮體結構和系泊系統組成。目前對于浮式防波堤水動力性能的研究大部分是通過數值模擬和物理模型試驗進行。
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四、軟件生態與集成
作為Bentley海洋工程套件的重要組成部分，SACS可與多款專業軟件協同工作：
MOSES：用于浮體運動與系泊分析
AutoPIPE：用于管道應力分析
iTwin平臺：支持數字孿生與全生命周期數據管理
五、學習與應用建議
掌握SACS需要工程師具備海洋工程荷載、結構力學及有限元基本知識。
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ql-table-cell-inner" data-table-id="0up8dypcqjjm" data-row-id="fb1wnlma3u8" data-col-id="v9jnl0d9ow" data-rowspan="1" data-colspan="1"><p> 應用場景計算特征海浪、海流、風場模擬</p><p><br></p><p>海洋平臺穩定性</p><p><br></p><p>深海裝備受力與運動分析
基于線性和二階衍射-輻射分析的數值模型通過模型試驗數據進行了驗證，涵蓋了固定結構和浮動結構的多種情況。通過系統性調整波浪陡度，發現了顯著的高階效應。波浪沖擊甲板載荷采用類似于Kaplan方法的簡單公式建模，但考慮了大體積船體的放大效應。預測的載荷時間序列與模型試驗數據吻合良好。
系泊系統的布置情況如圖2所示,在每個邊立柱的底部設置3根系泊錨鏈,采用3×3的懸鏈線式系泊。
圖1 浮式風力機結構示意圖
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圖2 浮式風力機系泊系統布置圖
水動力模型的建立
在AQWA中建立浮式基礎的水動力模型如圖3所示。
因此，本文基于AQWA和FAST建立了漂浮式風力機整機的數值仿真模型，進而研究了風波耦合下系泊失效對漂浮式風力機平臺的影響，得出結論如下：
1）風波耦合作用下，系泊失效后漂浮式風力機平臺響應增大、六自由度運動明顯增加，風力機的結構安全性降低，其中迎風側系泊失效對平臺影響最為明顯。
在動態模式下，采用AQWA時域分析模塊計算船舶在不同航速、四級海況下的運動響應，四級海況僅考慮不規則波的作用，采用海洋工程行業常用的Pierson-Moskowitz波譜[7]（以下簡稱P-M波譜）模擬四級海況下的不規則波浪，P-M波譜的相關參數見表3。
目前比較通用的水動力學軟件有CFD和AQWA,為目前應用廣泛的海上浮體和浮式結構操作模擬軟件， 不僅可以很好地計算浮體的穩性和水動力特性， 還可以對浮體的系泊、下水、吊裝和扶正等工況進行計算分析[3].CFD軟件可以計算靜水中和波浪中的阻力載荷，計算耗費資源多、周期長，但是計算結果更加準確.AQWA軟件是ANSYS的一個水動力模塊，只能計算波浪中的阻力，相對CFD而言，計算速度快、效率高，計算結果也相對準確
目前，對海洋平臺的運動響應和艦船單點系泊運動響應的研究較多[1,2]，但是對艦船多點系泊運動響應的研究較少[3,4]，尤其在探索布場參數變化對救撈作業場的影響方面研究較少，因此該文對布場參數對救撈作業場的影響進行了研究，對提高救撈作業場的穩定性具有一定參考價值。
摘 要：利用水動力分析軟件AQWA,基于三維勢流理論，采用數值分析法對圓筒型浮式防波堤進行了水動力研究；計算得到了不同浪向下的防波堤幅值響應算子、不同水深下的附加質量、防波堤運動響應和纜索張力。研究結果表明：本浮式防波堤橫蕩、縱蕩與垂蕩運動主要由低頻運動引起；由于系泊纜多為艏纜和艉纜，因而浮體縱蕩運動時域幅值較小，相較橫蕩與垂蕩的運動幅值小一個數量級。
漂浮錨固型OWC位于遠海海域, 設備體積較大, 用多條錨鏈將其系泊在海面, 保持設備整體基本不運動。雖然設備漂浮在海洋中, 但其工作時依靠其內部水柱的上下振蕩, 因此將其劃分為固定型OWC。由日本海洋科學技術中心建造部署到海上的大型OWC設備— — “ 海明” 號（Kaimei）, 屬于漂浮錨固型, 如圖5（a）所示。
