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2011年天驊船在緬甸施工時(shí)，由于涌浪較大，導(dǎo)致船體對(duì)鋼樁頻繁撞擊，使得鋼樁在銷子眼處出現(xiàn)裂紋（如圖1），因此有必要研究波浪對(duì)絞吸船施工的影響。圖1 鋼樁裂紋二、分析工具本次分析采用常用的波浪力分析軟件AQWA進(jìn)行分析，模擬船體在不同波浪情況下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及受力情況。

1.2 輻射繞射理論繞射力是指浮體對(duì)入射波的反作用力，輻射力是因浮體本身運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生波浪從而使物體受到的力[15]。波浪在遇到障礙物阻隔后會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的繞射現(xiàn)象，而浮體在發(fā)生橫搖等運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)參數(shù)復(fù)雜的輻射現(xiàn)象。

在動(dòng)態(tài)模式下，采用AQWA時(shí)域分析模塊計(jì)算船舶在不同航速、四級(jí)海況下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，四級(jí)海況僅考慮不規(guī)則波的作用，采用海洋工程行業(yè)常用的Pierson-Moskowitz波譜[7]（以下簡(jiǎn)稱P-M波譜）模擬四級(jí)海況下的不規(guī)則波浪，P-M波譜的相關(guān)參數(shù)見表3。

救撈作業(yè)場(chǎng)在橫向載荷下（90°浪向角）的橫搖響應(yīng)最嚴(yán)重，作業(yè)場(chǎng)在波浪作用下發(fā)生較大幅度或較高頻的橫搖運(yùn)動(dòng)，可能會(huì)加大船舶傾斜度和系泊纜繩受力，勢(shì)必會(huì)對(duì)作業(yè)場(chǎng)的作業(yè)效率和系泊安全造成不利影響，因此需要重點(diǎn)關(guān)注。作業(yè)場(chǎng)橫搖幅值響應(yīng)幅值如圖2所示。

在風(fēng)與波浪方向固定的條件下，因各系泊方向不同，為平臺(tái)提供的恢復(fù)力大小也不相同，不同系泊失效后對(duì)漂浮式風(fēng)力機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)也存在差異。漂浮式風(fēng)力機(jī)平臺(tái)的響應(yīng)包括平動(dòng)（縱蕩、橫蕩、垂蕩）與轉(zhuǎn)動(dòng)（橫搖、縱搖、艏搖）。3.1 平動(dòng)響應(yīng)在風(fēng)載荷與波浪載荷的共同作用下，Barge平臺(tái)不同系泊失效前后六個(gè)自由度動(dòng)態(tài)響應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)差如圖4和圖5所示。

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

將浮體所受波浪力分成3種力，即入射、繞射和輻射，而入射波浪力與繞射波浪力構(gòu)成波浪激勵(lì)力。通過(guò)所得輻射勢(shì)和繞射勢(shì)，求解浮體的波浪力，進(jìn)而建立浮體的頻域運(yùn)動(dòng)方程，見式（3）。 式（3）中：m為浮體質(zhì)量；λa為額外阻尼系數(shù)；μij為附加質(zhì)量；λij為輻射阻尼；K為靜水回復(fù)系數(shù)；Ka為額外剛度系數(shù)；xi為浮體的位移；F為波浪激勵(lì)力。

圖1 浮式風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖?圖2 浮式風(fēng)力機(jī)系泊系統(tǒng)布置圖水動(dòng)力模型的建立 在AQWA中建立浮式基礎(chǔ)的水動(dòng)力模型如圖3所示?；谌S勢(shì)流理論計(jì)算浮式基礎(chǔ)的水動(dòng)力系數(shù),包括靜水恢復(fù)力系數(shù)、附加質(zhì)量和阻尼系數(shù)以及一階和二階波浪載荷傳遞函數(shù),其中0°入射方向下一階波浪載荷傳遞函數(shù)的計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

將浮體所受波浪力分成3種力，即入射、繞射和輻射，而入射波浪力與繞射波浪力構(gòu)成波浪激勵(lì)力。通過(guò)所得輻射勢(shì)和繞射勢(shì)，求解浮體的波浪力，進(jìn)而建立浮體的頻域運(yùn)動(dòng)方程，見式（3）。 式（3）中：m為浮體質(zhì)量；λa為額外阻尼系數(shù)；μij為附加質(zhì)量；λij為輻射阻尼；K為靜水回復(fù)系數(shù)；Ka為額外剛度系數(shù)；xi為浮體的位移；F為波浪激勵(lì)力。

OWC裝置與海上風(fēng)力發(fā)電裝置相結(jié)合方面, REN等[41]提出了一種將單樁式風(fēng)力渦輪機(jī)和OWC波浪能轉(zhuǎn)換裝置相結(jié)合的設(shè)計(jì), 通過(guò)仿真計(jì)算得出裝置波功率特性和OWC的最大PTO阻尼力。ZHOU等[42]研究發(fā)現(xiàn)OWC裝置的引入可以顯著降低單樁海上風(fēng)力渦輪機(jī)的水平力和傾覆力矩, 并且在共振時(shí)波浪波高對(duì)OWC效率有顯著影響。

課程內(nèi)容 01、船舶海洋工程仿真背景概述 02、ANSYS在船舶海洋工程領(lǐng)域的仿真解決方案 03、ANSYS結(jié)構(gòu)產(chǎn)品功能與Aqwa水動(dòng)力分析功能特點(diǎn) 04、Aqwa與Mechanical耦合仿真計(jì)算波浪載荷作用下船體受力變形分析流程