aqwa-training1-v5-chinese.ppt

,AQWATRAININGCOURSE,25th29thseptember2006,目录,培训内容:AQWA程序分析能力理论背景模拟技术modellingtechniques分析过程分析数据的准备结果的输出内容和解释实例,客户,RegulatoryBodiesABS(US),LloydsRegister(UK)OperatorsBP,USNavy,NavionEngineeringCompaniesJohnBrownHydrocarbons,KellogBrownandRootArupEnergy,FriedeandGoldmanMitsubishiHeavyIndustries,KawasakiHeavyIndustriesPIRauma,IntecWorleyEngineering,IHCGusto,SBM,客户,Consultants:ArmstrongTechnologyJPKennyJJMcMullenMoffatton-lineanalysisAQWAWAVE-InterfacebetweenhydrodynamicprogramandFEprogramtotransferwaveloadsfromAQWALINEtoaFEmodelforstructuralstrengthanalysis,AQWA程序介绍,LINE,LIBRIUM,FER,NAUT,DRIFT,WAVE,ASAS(FEmodel),GeneralRelationsbetweenPrograms,TypicalAQWAModel(1)-MooredTanker,TypicalAQWAModel(2)-SemiSub,AQWAResult(1)-ForceS是入水结构面;(x,y,z)为流域中域点的坐标;(,)是S上源点坐标;G为格林函数，是求解Laplace方程的基础，并且满足所有边界条件（除了体边界条件）.G可以表达为:,AQWALINE理论,式中pv表示积分的principalvalue;J0是Bessel函数的第一项,AQWALINE理论,在每个板格结构表面上的源强度（sourcestrength）假设为常数，通过体边界条件求解积分方程计算:对于衍射势能，在结构表面由于入射势能产生的法向速度会变为零，而所减少的法向速度会转化为结构运动.,AQWALINE理论,压力和第一阶波浪力的计算一旦计算了源点强度和势能，从线性化的Bernoulli方程中可以计算每个板格的水动力压力:第一阶波浪力是通过在体表面上进行积分得到的,二阶平均漂浮力计算远场求解（Farfieldsolution）(动量守恒方法，只用于水平力）):式中SR是在流场结构周围的垂直圆柱边界其半径为R，是SR的流体体积，Themeanforceisthetimeaverageoftheaboveexpressionandthefirstordertermbecomeszero.Thepressureincludesthenon-lineartermintheBernoulliequationandthereforewillnotdisappear.,AQWALINE理论,AQWALINE理论,近场求解(压力对于六个自由度进行积分方法):式中WL为水线位置;r是相关波表面（relativewavesurfaceelevation）;S0水下结构表面;X结构表面的运动;MS结构的质量;R是结构的旋转矩阵;是结构中心加速度.,AQWALINE理论,QuadraticTransferFunction(QTF)ComponentsatbothdifferenceandsumfrequenciesEachwithrealandimaginaryparts,AQWALINE理论,Inwhich,AQWALINE理论,运动方程结构在波浪中的响应X是通过计算下面方程得到:式中Ms是结构质量,Ma是附加质量,C是阻尼,K流体刚度,F是波浪力（包括衍射和辐射力）.,AQWA波概述,波的类型:1)小波即线性波（AiryWaves）a=Acos(-t+kx)(:为频率，弧度/秒;k:波数)在以下模块都有：AQWALINE,LIBRIUM,FER,DRIFT,NAUT2)2阶波（Stokes2ndOrderWaves）a=Acos(-t+kx)+0.5kAcos2(-t+kx)AQWANAUT模块缺省值用2阶波,AQWA波概述,波的类型(续):3)流量函数波(只用于深水和Morison单元)a)载波表面压力为零；或者b)在波表面不运动。,AQWA波概述,波浪形式:1)规则波用于AQWALINE,NAUT(缺省)2)不规则波通过定义波谱确定，用于AQWALIBRIUM,FER,DRIFT.不规则波也可以在NAUT中定义(withanIRREcardintheJOBdeck).,AQWA波概述,波浪形式(续):在AQWA中的波谱类型:a.P-Mspectrumb.JONSWAPspectrumc.Userdefinedspectrumd.GaussianspectrumforCrossSwell不规则波可以是一下形式:a.长波;或b.短波,也就是aspreadsea(只用于AQWALIBRIUMandFER),结构上的波力,对于衍射结构(通过板单元来模拟)-入射波力(Froude-Krylovforce):静止波压力产生（fromthepressureintheundisturbedwaves）.-衍射力:由于固定结构干扰入射波产生.-辐射力：由于结构摆动产生的波产生.-平均漂浮力(netforceduetohighordereffect),结构上的波力,对于Morison结构(用Morison单元模拟,egTUBEs)-Morison力(包括阻力，drag)是用Morison方程计算的。.,Morison力,Morison力的计算方程对于细长圆柱单元，例如管道单元，单元上单位长度的水动力可以用Morison方程计算:式中Ca和Cd是附加质量和单元的阻力（drag）系数；;是每单位长度单元的体积，D是单元的直径.,结构上的波力,AQWA的总体坐标系,定向特性:原点在静水线上Z轴的正方向是垂直向上X轴的正方向是右舷Y轴的正方向是根据右手法则,z,0,z,y,x,W.L.,AQWA的总体坐标系,AQWA的总体坐标系是固定的参考轴，而与东、南、西、北等方向无关,AQWA的方向,AQWA中定义的波、风和水流方向是作为船体的行进方向.在定义的波浪(或水流、风)之间有角度时，角度是与X正方向逆时针转为正.中的方向是安度输入输出.,Xaxis,Wavedirection(orcurrent,wind),positiveangle,AQWA坐标系的方向,对于非对称结构，输入的方向的角度必须在范围内-180度到+180度内；对于X方向对称的结构，角度范围在0度到180度之间；对于X、Y方向对称结构，角度范围在0度到90度之间.,y,x,v,q,相位角,InAQWALINE,thephaseangle()ofaparameterdefinesthetimedifference(dt)fromthetimewhenwavecrestisattheCoGofthestructuretothetimewhentheparameterreachesitspeakvalue.(dt=*T/360,whereTisthewaveperiod).正的相位角表示滞后于波.,AQWA的文件名,每个AQWA文件有三个部分:文件前缀（两个字母）-表示程序类型alLINEabLIBRIUMafFERadDRIFTanNAUT运行的文件(六个字母),AQWA的文件名,文件扩展名(三个字母)文件扩展名说明文件类型(eg,.dat)例如:altest.dat,输入数据(.dat)文件,ThisisanASCIItextfilecontainingalltheinputdatanecessaryfortheStagesofAnalysisabouttobeexecuted.Thedataisinfixedformatandmustbeenteredusingatexteditor.Aneditorwhichallows80columnsofdatatobedisplayed,andwhichindicatesthecolumnnumberofthecurrentcursorposition,ishighlyrecommended.Note:Agraphicaluserinterface,whichallowsinteractivedatainputinauser-friendlyenvironment,iscurrentlyunderdevelopment.,列表文件(.lis),ThisisanASCIItextfilecontainingalltheoutputdata(intextform)fromtheStagesofAnalysiswhichhavejustbeenexecuted.Itcanbeexaminedusingatexteditor.,重启动文件(.res),Thisisabinaryfile,whichiswrittenbyalltheAQWAprograms,andwhichcontainsasummaryofthedataassociatedwithalltheStagesofAnalysiswhichhavesofarbeenexecuted.Examples:IfStages1to4havebeenexecuted,therestartfilewillcontain:-modeldefinition-hydrodynamicdatabase-mainanalysisparameters,水动力文件(.hyd),ThisisabinaryfilewhichiscreatedbyAQWA-LINEattheendofthediffraction/radiationanalysis(Stage3).ItcontainsthehydrodynamicdatabaseproducedbytheAQWA-LINErun.AttheendofStage3,thecontentsoftherestartandhydrodynamicsfilesare:restartfile(RES)hydrodynamicsfile(HYD)modeldefinitionhydrodynamicdatabasehydrodynamicdatabase,水动力文件(.hyd),Thehydrodynamicsfileisthereforeasub-setoftherestartfile.Theotherprogramsdonotcreateahydrodynamicsfile,buttheycanreadandusethisfile(onlywhenALDBoptionison,oraFILEcardwith*.HYDfilenameindeck6).,定位文件Position(.posand.eqp),Botharebinaryfiles.eqpfile:CreatedbyAQWALIBRIUMwhichstorestheequilibriumpositionsofasystemofstructures.ThisfilecanbereadinbyFER,DRIFTandNAUTasthestartpositionfortheanalysis(anoptionRDEPisrequired).posfile:CreatedduringatimedomainanalysisbyDRIFTorNAUTinwhichthepositions,velocities,etcofasystemofstructuresarestoredforeverytimestep.,AGS显示文件(.plt),Thisisabinaryfile,whichiscreatedduringamainanalysis(Stage5)andcontainseither:thetimehistoryofforcesandmotions(NAUT,DRIFT)orforcesandresponsesasafunctionoffrequency(FER,LINE),AQWA文件类型,每次运行AQWA都会包括多个文件。文件主要是后缀不同，一般的扩展名如下:.dat输入数据文件(ASCII).lis输出列表文件(ASCII).res重启动文件(binary),输入、输出.hyd水动力文件(binary),输入、输出.pos输出定位（position）文件(binary).plt输出图形文件(binary).eqp平衡位置文件(binary),输入、输出.uss源强度文件(binary),输入、输出,AQWA文件类型,.mesoutputmessagefile(ASCII).potpotentialfile(binary),inputandoutput.pacpressuresatcentroids(binary),output.vacvelocitiesatcentroids(binary),output.msdinputmassdistributionforBM/SF(ASCII).sfminputmassdistributionforsplittingforces(ASCII).lininputfileforAGSmeshgenerator(ASCII).whtinputfilespecifyingawaveheighttimehistory(ASCII).wvtinputfilespecifyingawindvelocitytimehistory(ASCII).xftinputfilespecifyinganexternalforcetimehistoryactingonastructure(ASCII),AQWARestartStages,Stage1定义模型Decks1to5Stage2水动力数据Decks6to8Stage3衍射/辐射分*Stage4主要分析参数Decks9to20Stage5主要分析*只是计算步骤,Stage1,Deck1COOR节点坐标Deck2ELM*单元定义Deck3MATE材料特性Deck4GEOM几何特性Deck5GLOB整体约束*结构编号,Stage2,Deck6FDR*规则波定义(频率和方向)Deck7WFS*水动力特性静水特性AnalysisPositionDeck8DRC*漂流力系数*结构编号注:在第二步输入的水动力特性是用修改或替代第三步AQWA-LINE的计算结果,Stage3,该步是AQWA-LINE的主要分析，但只是一个程序计算过程而已.注:在第二步输入的水动力特性是用修改或替代第三步AQWA-LINE的计算结果,Stage4,Deck9DRM*漂流运动参数Deck10HLD*船体阻力（Drag）系数Deck11ENVR环境参数Deck12CONS约束Deck13SPEC谱参数WAVE规则波参数(N)Deck14MOOR停泊线定义*StructureNumber,Stage4(cont),Deck15STRT初始条件Deck16TINT时间积分参数(D,N)LMTS迭代参数(B)Deck17HYDC管道的水动力参数Deck18PROP打印输出选项Deck19NONEReservedforfutureuseDeck20NONEReservedforfutureuse,Stage5,该步骤只是程序求解计算.,分析方法,一般的分析方法是在AQWA-LINE中运行Stages1to3，然后在其它程序运行Stages4to5，例如AQWA-NAUT.实例:Step1:AQWA-LINE(Restart1to3)runInputFilesOutputFilesaltest.dataltest.lisaltest.resaltest.hydaltest.plt,分析方法(续),Step2:文件拷贝copyaltest.resabtest.resStep3:AQWA-LIBRIUM(Restart4to5)runInputFilesOutputFilesabtest.databtest.listabtest.resabtest.resabtest.eqp,AQWA单元类型,ThefollowingtypesofelementsareacceptedinAQWA:QPPL:QuadrilateralpanelTPPL:TriangularpanelTUBE:Tubeelement(circularcrosssection)STUB:Slendertubeelement(non-circularcrosssectionallowed)PMAS:Pointmass,AQWA单元类型,PBOY:PointbuoyancyFPNT:Fieldpoint(forwavesurfacecalculation),shouldonlybedefinedafterQPPLandTPPLDISC:Circulardiscwithnothickness.AnadditionalparameterDIFFisneededfordiffractingQPPLandTPPLelements.,AQWA单元类型,GeneralwarningsNo.ofelements6000:solutiontimeNormalspointout:modellingconventionNogaps:forcebalanceFacetscannotcutsurface:solutionrequirementDimensionsKR:goodpractice,AQWALINE警告检查,Stage#1checksArearatioofadjacentelementsElementcentresatleastonefacetradiusapartShapefactor0.5.rf.nzDistanceaboveseabedmustbe0.5.rfWarningifnodesnotconnectedtoanotherelement.,AQWA-LINE的实例输入数据,AQWA-LINE实例输入数据(续),定义Morison单元,AQWALINE的常用选项(1),DATA用于检查输入数据(LBDFN)GOON用于忽略一般警告(L)REST定义开始过程(LBDFN)LDOP载荷输出-输出.POT和.USS文件用于压力计算(例如压力显示,SF/BM)(L)PRCE为Decks15(LBDFN)设置打印项PPEL为每个单元设置打印属性(LBDFN),AQWALINE的常用选项(2),NPPP无压力后后处理阻止节点连接警告ALDBAqwa-Line数据库-readsinAQWA-LINEdatabaseTAKECARENQTF使用近场求解，用于漂浮力系数CQTF计算QTF矩阵PFIXPartiallyFIXed,AQWALINE后处理,波表面云图显示,AQWALINE后处理,AirGap,AQWALINE后处理,压力云图,AQWALINE后处理,衍射波表面,AQWA数据处理,处理原因:为了添加附加节点、单元、阻尼等，或者把多个数据库合并成一个，而不重新完全运行AQWA-LINE分析.处理过程:1)拷贝已有数据文件AL1.DAT，改名为AL2.DAT;2)添加新节点，（非衍射）单元，附加阻尼等(CRNM选项需要用RAO重新计算)到AL2.DAT文件。,AQWA数据处理(续.1),3)删除deck6中所有波频率和方向并改为:06FDR106FILEAL1.HYD06CSTRN(NisthestructurenumberinAL1)END06CPDB4)在AQWA-LINE中运行AL2.DAT,AQWA数据处理(续.2),For对于复杂结构数据和合并，新的AL*.DAT文件应该包括所有的结构定义，并且每个结构都有一个deck6，包括文件卡片中对于的文件名.以上过程也可以应用于其它AQWA程序.,AQWA数据处理(续.3),JOBMESHNAUTTITLEASHIP+TUBESANDDISCSOPTIONSRESTENDRESTART1501COOR01000110.00.0002.00001000210.00.0000.000.END0109990.000.000-0.50002ELM102QPPLDIFF(1)(1)(2)(12)(11)02QPPLDIFF(1)(21)(22)(32)(31).02TUBE(1)(101)(102)(1)(1)02DISC(1)(1)(2)(3)END02PMAS(1)(999)(2)(2)03MATE0317.8E3END0321.0E704GEOM04TUBE11.000.050.0004CONT0.751.0004DISC31.2004CONT1.141.00END04PMAS21.0E90.000.009.0E90.09.0E9,AQWA数据处理(续.4),相互作用的结构(1),PFIX方法把漂浮模型和固定模型合并到一个结构中利用特殊的组编号999使用PFIX选项设置固定结构的基础,相互作用的结构(2),相互作用水动力AQWA能够计算水动力系数，可以完全的考虑水动力之间的相互作用.可以包括达到10浮体结构相互作用.,结构间的水动力响应作用,对称性,SYMX表示AQWA可以假设结构是X轴（FRA）对称的。利用对称性可以减少计算时间.RMXS不用对称（removesymmtry），创建完整模型（即使模型是对称的）。该方法只用于T/QPPL单元.MSTR把结构移动到新定义的位置。只用于单元和与单元关联的节点，而不是所有在STRC卡片中列出的节点.实际上在FRA中移动节点和单元，而与Deck15卡片中的位置不同.SYMY和RMYS对于Y轴有相同的影响,AQWALIBRIUM介绍,AQWA-LIBRIUM用于确定平衡位置，静稳定性和动稳定性结构是以很小的步骤移动直到力平衡，从而找到平衡位置然后，程序计算线性化刚度矩阵的特征值，得到静稳定性通过阻抗矩阵的特征值得到动稳定性,AQWALIBRIUM理论,确定静平衡位置的方程.结构的X位置通过下式计算:式中K是系统的刚度矩阵，F是力.程序迭代直到X小于所定义的容差,分析方法,Step2:FileCopyingcopyaltest.resabtest.resStep3:AQWA-LIBRIUM(Restart4to5)runInputFilesOutputFilesabtest.databtest.listabtest.resabtest.resabtest.eqp,分析方法(续),在AQWA-LIBRIUM主分析开始时(Stage5)，需要提供如下数据:主模型定义restartfile水动力数据restartfile主分析参数inputdatafileNote:Asthedatafromtherestartfilecorrespondstodecks1to8,onlydecks9to20arerequiredintheinputdatafile(decks1to8mustbeomitted).,AQWA-LIBRIUM实例数据(1),AQWA-LIBRIUM实例数据(1)(cont.),AQWA-LIBRIUM实例数据(2),AQWA-LIBRIUM实例数据(2)(cont.),AQWALIBRIUM常用选项,STAT只用于静稳定性分析DYNA只用于动力稳定性分析LSTF线性刚度（LinearSTiFness），用从AQWA-LINE得到的水静力刚度.PBIS打印迭代步,DraginAQWA(deck10),1)水流和风力系数CUFXDir1DirNC1.CNWIFXDir1DirNC1.CNetc(Dir:方向编号;C1:阻力（Drag）系数在方向的相对水流速度forceinXdirection=CUFX.V2forceinYdirection=CUFY.V2yawmoment=CURZ.V2,DraginAQWA(deck10)(cont1),2)Morison阻力（drag）系数MDINNrowNcolC1.C6Nrow:阻力矩阵的行数Ncol:阻力矩阵的列数C1C6:阻力（Drag）系数,AQWA约束(deck12),1)忽略用户指定的运动自由度DACFNsNdof(Ns:结构数;Ndof:自由度数)2)结构间的机械连接不允许关联的平移运动，但允许关联的选择运动.DCONNtNs1Nd1(Nd3)Ns2Nd2(Nd4)Nt:numberofD.O.F.beinglockedbythisconstraint.Nt=0:BallandSocket,rotationin3D.O.F.Nt=1:Universaljoint,rotationin2D.O.F.Nt=2:Hinge,rotationin1D.O.F.Nt=3:Rigidconnection,norotation.,AQWA约束(deck12)(cont.1),AQWA约束(deck12)(cont.2),AQWA约束(deck12)(cont.3),AQWA停泊索(deck14),AQWA程序除了AQWALINE外，都可以定义停泊索。下面是常用的停泊类型(更详细的内容参考AQWA手册):LINE:线弹性线（无重量）LINENs1Nd1Ns2Nd2KL(Ns1,Ns2:structurenumbers;Nd1,Nd2:nodenumbers;K:stiffness;L:unstretchedlength)POLY:多项（Polynomial）弹性线（无重量）.POLYK1K2K3K4K5NLINNs1Nd1Ns2Nd2(Ts)L(Fw)(Fp)(K1,.,K5:stiffness;Ts:winchtension;Fw:winchwindinginfrictionfactor;Fp:winchpayingoutfrictionfactor;windingintensionTw=Ts*(1-Fw);payingouttensionTp=Ts*(1+Fp);Ts,FwandFpareonlyneededwhenthePOLYlineisusedasawinch),AQWA停泊索(deck14)(cont.1),COMP/ECAT:合成弹性悬链线，有重量.14COMPNzNxNeZminZmaxSlope14ECATM1A1EA1Tmax1L114ECATM2A2EA2Tmax2L214ECATM3A3EA3Tmax3L314NLINNs1Nd1Ns2Nd2式中Nz,Nx-numberofdatabasepointswithinzandxranges.Ne-numberofECATinthisCOMPline.Zmin,Zmax-Zrange(measuredfromtheanchor)fortheattachmentnode.Slope-seabedslope(indegrees;positiveforslopegoingupfromanchortowardsattachmentpoint).M1,M2,M3-massperunitlengthforECAT1,2,3.A1,A2,A3-equivalentcrosssectionarea.EA1,EA2,EA3-Youngsmodulusxarea.Tmax1-3-maximumtension.L1,L2,L3-lengthofECAT1,2,3.Ns,Nd-structurenumberandnodenumber.,停泊数据,AQWA停泊索(deck14)(cont.2),AQWA览索动力学(只用于COMP/ECAT):14COMP20303770.0800.03.0014ECAT170.00A6.0000E87.500E6250.014ECAHCaCdDeCx14ECAT200.00A9.0000E87.500E6350.014ECAT170.00A6.0000E87.500E6600.014NLID1991009911式中ECAH:cardnameforcatenaryhydrodynamiccoefficientdefinition.A:equivalentcrosssectionarea(mustbenon-zero).Ca:addedmasscoefficient.Cd:transversedragcoefficient.De:effectivediameterfordrag.Cx:inlinedragcoefficient.NLID:sameasNLINbutwithcabledynamics.,AQWA停泊索(deck14)(cont.3),防护装置（Fenders）14POLYK1K2K3K4K514FENDSize(Kf)(Kc)14FLINTypeNs1Nd1Nd2Ns2Nd3Nd4式中K1K5-non-linearstiffnesscoefficientsSize-uncompressedsizeoffenderKf-tangentialfrictioncoefficientKc-normaldampingcoefficientType-1=fixedfender,2=floatingfenderNs1-StructuretowhichfenderisnominallyattachedNd1,Nd2-Nodesdefiningattachmentpointandcontactplaneon1ststructureNs2-StructurewhichfendercontactsNd3,Nd4-Nodesdefiningattachmentpointandcontactplaneon2ndstructure,AQWA的防护装置（Fenders）,AQWA停泊索(deck14)(cont.4),在deck14中的其它卡片(更详细信息参考AQWA手册)BUOY/CLMPAbuoyorclumpweightWNCH:ConstanttensionwinchlineDWT0/LNDWAlinewindinginoroutonawinchFORC:Aconstantforceinaconstantdirection.LINE/PULY:Linearelasticpulleyline.LE2D:Userdefinedtension/extensiondatabase.SWIR:Steelwirewithnon-linearstiffness.LBRK:Linebreaking.FILE:Readinmooringdefinitionfromanexternalfile*.MOR.TELM:Tetherelement.(forinstalledortowedstifftethers),AQWA打印选项(deck18),Inordertolimittheoutputfilesizefromatimedomainanalysis,onlysomeoftheresultsarewrittenintotheoutputfilesbydefault.Anumberofprintoptionsareprovidedforuserstoselectthewantedparameterstobeincludedintheoutput.Thefollowinglistcontainsthenamesofthecommonlyusedprintingoptions,thedetailedformatcanbefoundintheAQWAReferenceManual.ALLM:Tooutputthevelocityandacceleration,aswellastheposition,ofauserspecifiednodedefinedintheNODEcard.NODETooutputthemotionofauserspecifiednodeortherelativemotionbetweentwouserspecifiednodes.PREVTowriteinto*.LISfileeveryNtimestepsinordertoreducethesiz