1、基于aqwa的游艇水動力分析方法基于aqwa的游艇水動力分析方法 基于AQWA的游艇 水動力分析方法-機械制造論文基于AQWA的游艇水動力 分析方法撰文/廣東海洋大學工程學院 黃斯慧呂鴻冠黃 技 李志安 利用海洋工程水動力分析軟件 AQWA ,在線性波 浪條件下對一艘游艇進行水動力分析，得到該游艇在不同海 浪入射方向上的轉動力矩及船體外板應力的時域變化規律， 為游艇的前期設計及建造過程提供一種思路。一、引言 游艇是一種新型的高級水上娛樂消費品，它集 日常居家、海上觀光和休閑娛樂等功能于一身，滿足個人及 家庭享受生活的需要。我國的游艇產業發展只有十幾年，相對歐美等發達國家， 我國的游艇建造技術仍

2、然處于相對落后的階段。但是，隨著我國經濟的迅猛發展， 游艇產業形勢日益樂觀， 特別是對于富裕階層的消費者，游艇已經成為必不可少的娛 樂消費品。由于游艇是一種較新的海上航行器，目前大部分船舶建 造規范仍然不涉及游艇領域。直到近幾年，中國船級社 CSS頒布了游艇入級與建造 規范等文件，才讓游艇的建造過程相對規范化。但是，由于游艇結構的特殊性及功能的定制性，當面對廣 大消費者的獨特設計需求時，游艇的結構強度與航行性能 直困擾著游艇工程師。因此，尋找一種新的計算游艇水動力性能的方法對我國的 游艇產業的發展及游艇的安全性能有巨大的現實意義。二、AQWA簡介AQWA是一款海洋工程水動力性能的 計算軟件，在

3、日常的生產設計中，AQWA主要用于滿足各種 結構流體動力學特性評估相關分析的需求。AQWA的分析范圍從桅、桁到FPSOs,從TLPs到半潛水 系統，從停泊系統到救生系統，從漁船到大型船舶以及結構 與流體間交互作用。AQWA的計算模塊覆蓋流體分析的全部范圍：AQWA-LINE 主要用于分析流體的衍射、輻射（包括淺水 效應）；AQWA-FER主要用于分析具有隨機波的頻域； AQWA-DRIFT 主要用于分析具有隨機波（包括慢漂流）的 時域；AQWA-NAUT 主要用于分析具有寬大波的非線性時 域；AQWA-LIBRIUM 主要用于分析包括停泊線的靜動穩定 性。最后所有的模塊集成于強大的前后處理器A

4、QWA圖形超級用戶界面。因此，AQWA作為一款專業的海洋工程水動力分析軟件， 在海洋航行器及海洋平臺的結構設計中一直具有不可取代 的地位。游艇產業作為一種新興的產業，目前市面上AQWA水動力分析在游艇設計中的應用十分稀少O由于游艇自身結構的特殊性，導致目前的船舶建造規范并 不適用于游艇建造，即使近幾年中國船級社（CSS）頒布了有關游艇設計與建造的規范文件，但對于可定制性非常強的 游艇來說，規范更新的速度遠遠低于游艇結構創新的速度， 因此，通過較為成熟的水動力分析軟件AQWA輔助游艇的設計與建造具有實際的工程意義。三、分析流程1.分析模型簡介該模型是一艘小型游艇， 船長12.8m,型寬4.5m,

5、型深2.5m,吃水0.8m,設計水線 11.0m,游艇的Rhino渲染圖、型線圖、總布置圖如圖13 所示。2.AQWA分析流程（1）建立分析項目。啟動 ANSYS Workbench，在 Toolbox 中的 Analysis Systems 找到 HydrodynamicDiffractions ,雙擊或拖曳到 Project Schematic,并將游艇的模型 IGS文件導入 Geometry,如圖 4、5所示。（2）設計水線定義導入的模型為1:10的縮小模型，分析前應該將模型的大小調整為實船大小。在菜單欄里依次選擇 Create-Body Transformation-Scale ,將

6、模型縮放比例改為10;再依次選擇 Create-Body Transformation-Translate,將模型移動到 XY Plan 以下 0.8m 處，操作過程如圖6所示。模型調整完畢后，依次點擊Create-Slice,以XYPlan為切割基準面對模型進行切割，如圖7所示。(3)模型整理。將船 殼上 半部分命 名為UpperHull ,下半部分命名 為 LowerHull ,并從這兩部分建立 Part,以保證生成網格的連續 性，這部分工作十分重要，如果不進行此項操作，則會導致 后期的網格劃分失敗，操作如圖8所示。至此，模型的前期處理工作已經完成，退由 Geometry界 面，進入Mod

7、el進行有限元網格的建立。(4)質量點定義。AQWA中默認將船體的重量集中于一個質量點( Point Mass),這個點與重心重合，且集中了整船的質量。定義質量點后，一共有四個參數需要手動設置，其中重心 高度根據型線圖及總布置圖計算得到，另外三個參數根據表 計算得到，參數計算結果如圖 9所示。(5)網格劃分。選擇 Tree 中的 Mesh,在 Details ofMesh 中的 Defeaturing Tolerance 中輸入 0.1, 在 MaxElement Size 中輸入 0.2,其 他選項默認，點擊 Generate生成網格。網格參數如圖10所示，網格劃分結果如圖 11所示。(6)

8、 波浪定義。點擊Tree中的 Wave, 選擇 WaveDirection ,將波浪方向定義為360°,其它參數保持默認，如圖 12所示。點擊 Tree 中的 Wave,選擇 Wave Frequency,將 Details of Definition 中的 Highest Frequency Definition 與 Lowest Frequency Definition 選項改選為 ManualDefinition ，在 Lowest Period 中輸入 25; Shortest Period 中輸入 15。點擊Generate,完成波浪周期的設置。波浪周期的詳細設置參數如圖13所示。四、分析結果展示 所有參數設置完畢后，點擊Solve進行求解。船體外板濕表面壓強的時域分布如圖1416所示，不同波浪入射方向下船體各個自由度上收到的波浪力矩如圖 17所示。五、結語 本文利用AQWA對一艘游艇進行水動力分析， 并對詳細的分析流程進行展示和介紹。通過上述分析可以看由，AQWA作為一款成熟的海洋工程 水動力分析軟件，在進行游艇分析時，具有一定的優勢。(1) 基于 ANSYS Workbench 平臺的操作，將分析流程 規范化、參數化，從而大大降低了分析難度與精度。(2)