aqwa软件的船舶锚地系泊数值模拟研究(附件)
摘 要摘 要随着陆地资源的日益枯竭，国与国之间对资源的开发与争夺日愈激烈。人们开始着眼于大约占据地球一半面积的海洋。近年来世界的航运市场发展迅猛，伴随了大量增加的油类、散货、集装箱的运输量，船舶大型化的趋向越发显著。船舶现阶段的发展越加复杂化、大型化，这些条件都使得港口内系泊着的船舶的运动对港口的设计十分有参考价值。停靠的系泊着的船舶因为外界不可抗因素，例如风浪等，会产生摇荡运动。系泊船舶的运动响应程度在货物装卸载时会对其产生有着很大的影响，当遇到系泊船舶的系缆力超过规定范围，在这种情况下还会发生断缆现象，这时，系泊着的船舶和码头结构安全都会受到威胁。因此，深入研究系泊船舶的运动响应不是没有理由的。这类问题相对复杂，目前面对此问题时，主要可以采用物理模型和数值计算两种试验手段来对实际工程状况进行模拟，并得到所需参数，为实际工程的系泊和装卸提供条件。国内比较倾向于选择物理模型研究，数值模拟并不多见，而国外则常选择使用数模进行分析。本文利用ANSYS-AQWA软件，对船舶的水动力性能和系泊形式进行研究。首先利用ANSYS软件进行船舶的有限元建模，然后运用AQWA对其水动力性能进行性能分析，比较不同水深和入射角度对船舶水动力性能的影响。接着研究船舶在风浪流联合作用下的六个自由度运动响应和相应的系泊缆张力的情况。最后对其时域耦合做出分析，探讨结果。关键词系泊；水动力性能； 时域耦合
目 录
第一章 绪 论 1
1.1本论文的背景和意义 1
1.2 船舶系泊系统介绍 2
1.3 当前水动力学的主要发展特点和趋势 2
1.4 国内外研究现状 3
1.5 本论文研主要内容 5
第二章 基本理论 7
2.1 表面波理论 7
2.1.1表面波的基本方程和边界条件 7
2.1.2 波浪理论 8
2.1.3 辐射和绕射理论 9
2.1.4 格林函数法 13
2.2 环境载荷的计算 14
2.2.1 波浪载荷 14
2.2.2 风载荷 16
2.2.3 流载荷 17
第三章 基于ANSYSAQWA的船舶有限元模型及水动力频域分析 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目 录
第一章 绪 论 1
1.1本论文的背景和意义 1
1.2 船舶系泊系统介绍 2
1.3 当前水动力学的主要发展特点和趋势 2
1.4 国内外研究现状 3
1.5 本论文研主要内容 5
第二章 基本理论 7
2.1 表面波理论 7
2.1.1表面波的基本方程和边界条件 7
2.1.2 波浪理论 8
2.1.3 辐射和绕射理论 9
2.1.4 格林函数法 13
2.2 环境载荷的计算 14
2.2.1 波浪载荷 14
2.2.2 风载荷 16
2.2.3 流载荷 17
第三章 基于ANSYSAQWA的船舶有限元模型及水动力频域分析 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
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18
3.1 ANSYS简介 18
3.2 模型的建立 19
3.3 AQWA简介 22
3.4 坐标系和环境载荷方向的设定 23
3.5 不同浪向角对船舶频域水动力性能的影响 24
3.5.1不同浪向角对船舶运动响应幅值算子的影响 24
3.5.2 不同浪向角对船舶一阶波激力的影响 25
3.5.3不同浪向角对船舶定常漂移力的影响 26
3.5.4 船舶附加质量的变化 27
3.5.5 船舶附加阻尼的变化 28
3.6 不同水深对船舶频域水动力性能的影响 29
3.6.1不同水深对船舶运动响应幅值算子的影响 29
3.6.2不同水深对船舶运一阶波激力的影响 30
3.6.3不同水深对船舶定常漂移力的影响 31
3.6.4不同水深对船舶附加质量的影响 32
3.6.5不同水深对船舶辐射阻尼的影响 33
第四章 船舶时域耦合分析 35
4.1在工况一下船舶的运动响应分析 35
4.2在工况二下船舶的运动响应分析 37
4.3在工况三下船舶的运动响应分析 39
总 结 42
致 谢 43
参 考 文 献 44
第一章 绪 论
1.1本论文的背景和意义
现当下，社会科技飞速发展，全球经济一体化的飞速发展使各国致力于抢占社会经济及工业发展所必须的资源，且必须是更加环保绿色的资源。陆地上的资源经过过度的开发采用已即将面临枯竭而不能满足人们的需求。大家开始把目光投向了广阔且充满潜力的海洋系统。可随着海洋经济发展带来的问题是，人们更加注重于航运的安全与效率。船舶现在的发展趋势是变得愈加大型化，由此引发的大型化及复杂化等使船舶锚地的选择及锚地内系泊船的运动和安全性越来越复杂。被稀薄的船只会受到许多例如风浪或货物等影响，所以对在不同情况下的船舶锚地系泊数值性能进行研究及分析是十分有必要的，通过这样的工作可以让船舶作业的安全性以及效率问题得到显著提升。
系泊是指能允许船、浮标、平台或是其他可以在有锚或者沉块、岸或者系泊浮筒的情况下，能够不受外界影响的停留的过程或系统。系泊于码头前的船舶、缆绳和护舷这一系列组成部分构成了系泊系统。系泊着的船舶并不是被完全的固定的,每个不可预计的来临的风浪，或是由于在船上船下的运载的货物的装卸载对船只产生的深沉运动，与此同时在周围环境伴有的风、水流或者波浪等外界因素，船舶都会受到他们的影响从而产生震荡,这之中涵盖了在六个自由度上的运动(即纵摇、横摇、艏摇、纵荡、横荡、垂荡)。系泊在港内的船舶会被附近四周传来的风浪，又或是附近的别的船舶运动传过来的波浪这些意想不到的理由受到各种的影响。以至于有时波浪的振幅其实并不大,但是船舶都会据此而发生预料不到的较大幅度的运动,这会对船舶的装卸运作产生一些不可抗拒的影响,不可避免的，船舶必须在港内停留的时间还会加长,这样，相应的用于此的经费会加大,甚至还会让断缆或者其他的事故发生，这样会让损失变得更大。
在类似研究中我们主要有两种试验手段来处理船舶系泊条件问题，他们分别是物理模型和数值计算。在船舶运动问题这点上，国内学者会更倾向于选择物理模型试验的方式来模拟出实际的情况，这样便可以得出系泊和装卸过程中所允许的一些参数。数值模拟实验在国外较为普及，但是国内学者并不倾向于选择这种方式。但是数值模拟的方式所需的时间短，所需经费少而且在试验的过程中，研究人员可以随意添加分析条件。因此，数值模拟研究将会是在大环境下以后解决保障船舶码头安全作业，研讨系泊数值等方面的发展趋势。
1.2 船舶系泊系统介绍
系泊系统包括系留系统和系泊浮体两个部分，系泊浮体经过系留系统的约束，会基本上维持自己的位置。在抵御台风、海洋生产或者一些需要一定的海洋结构物来维持其相对位置时，系泊系统尤为重要。由于天气的影响，现在海洋情况环境恶劣，诸多不良因素导致在系泊系统的设计中，我们需要同时考虑系留系统的安全性和经济性。所以，我们需要深入学习研究有关系泊系统的知识，研究过系统的非线性特征基础后，我们需要深入的探讨他的动力学特征。
系泊系统的设计不是想象中的那么简单，在这期间的设计过程中我们首要要考量的就为其形式，要考究其组成成分、分段数量，其线性也是不能忽略的。系泊缆和海底锚构成了系泊系统，其材料、级别、空间形状和缆的顶端预张力，任何一样都会影响到效果。系泊系统的定位能力也要求较高，海洋平台要有一定的约束，这可以通过系泊系统的一定的足够的水平和垂直方向的回复力来提供。同样不可忽略的是，在一定的比较极端的海洋工况下才能让系泊设置更加合理，平台主体运动要在规范范围、合理范围之内。因此在设计系泊系统时，它的形式在组合上其实十分矛盾，所以我们需要不断的对它的形式进行优化，从而做出最佳判断，将最佳的方案运用到实际中去。
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