1.功能介绍

采用三维频域势流理论进行浮体水动力和摇荡运动统计分析；计算浮体的低频漂移等运动响应和系泊缆索动力载荷，由此评估系泊浮体水平低频慢漂运动和系泊缆索载荷；通过上述分析获得的浮体运动性能和系泊缆载荷可用于半潜式平台作用海况下作业衡准评估和系泊系统安全性评估。

主要功能包括：
    1. 得到平台水动力参数；
    2. 风浪流耦合作用下平台运动响应测试；

2.产品特色

1.服务模式多样，简单易用；

2.丰富的虚拟试验数据可视化功能；

3.虚拟试验报告自动生成；

4.锚泊系统采用动力学分析方法；

5.在主流PC上计算单个频率点的运动RAO耗时仅为1-2分钟，耦合分析计算时间也仅为物理模型时间的1/6左右。

3.运行环境和效率

本次测试环境：64位操作系统 CPU2.8GHz 内存8GB 测试的网址：http://202.118.184.201:8282/#/projects/K0803/ 针对982平台18个规则波下的水动力计算，网格数量为5344，采用4核进行计算，耗时半小时左右，耦合部分计算时长受网络集群核数影响，8线程模拟物理模型试验3小时，实际运算时间为半小时左右。

4.试验精度

关于水动力参数的计算，控制模型和网格的绘制误差，得到的规则波中运动RAO与模型试验误差在10%以内；耦合分析运动中，通过调整缆绳的分段数，莫里森杆件的计算方式等等，基本达到精度要求（系泊状态下水平位移有义值计算结果与标模试验相比，误差在20%以内，系波缆受力计算结果最大值与标模试验数据相比，误差在20%以内）。

案例一 作业海况-半潜平台

  1.1 案例名称

982半潜平台虚拟试验

  1.2 案例描述

本案例的试验对象为982半潜式平台，对该平台进行三维二阶水动力分析和系泊状态下异步耦合动力分析，将虚拟试验结果和物理模型试验进行对比，包括702所和哈工程两次实验结果对比，验证虚拟试验系统的准确性和高效性。

  1.3 性能比对

本次利用数值水池虚拟试验系统与商业软件STAR-CCM+进行计算对比，因为作业海况采用势流理论，所以计算时间较短，几十分钟即可完成计算，而STAR-CCM+ 采用湍流模型，计算时间一个工况都需要用到1天左右的时间。上述工况需要计算结果在5.1节展示，主要对比了在浪向为180°的工况下，入射圆频率为6.22rad/s，4.99rad/s，3.55rad/s，2.48rad/，可以看到纵摇幅值对比，在圆频率较小阶段处，STAR-CCM+的计算结果与实验数据更为接近，相对误差为3.06%和6.7%，数值水池的计算结果与实验数据的相对误差为19.3%和0.394%，但是可以看到数值水池势流理论的计算结果较为稳定，后面工况的计算结果与实验数据的相对误差也只有1~2%，说明物理实验结果与势流理论的计算结果更为接近，现仍在进行982平台标模试验，同时利用aqwa势流软件进行计算，届时将两者结果加入报告进行精度效率对比。

  1.4 工业应用

本虚拟试验系统已给到多出单位进行虚拟试验的测试，并与其他现有结果进行对比。

  1.4 视频案例

1.参数设置

新建一个新的案例，然后需要对每一个标签下的计算参数进行输入。

1.1模型文件上传

该标签下需要用户将绘制好面网格的水线面以下的平台模型导页面，其格式为“.neu”,并手动输入网格数目和节点数目。导入完成后可以在下方“网格划分”处查看导入的网格文件，如图所示：

1.2模型文件上传

该标签下主要输入计算平台的尺寸和相关数据。包括模型实体的主尺度，相对网格坐标系（重心相对于网格坐标系的坐标）和过重心的惯性半径，如图所示：

1.3模型文件上传

该标签下主要输入海浪频率、波幅、浪向角和海浪谱类型（如果是计算平台在规则波情况下的运动响应，则海浪谱参数可以不输入），即海洋平台是在该设置好的工况下运动，如图所示：

2.计算求解

全部参数正确设置后，可启动求解器进行计算。求解器的启动及计算状态的展示在整个页面的左上角。点击“启动计算”按钮，会弹出启动确认对话框，点击确定按钮即可启动计算。注意在启动计算之前，请详细检查所有参数是否输入正确，以防输入参数不当造成计算错误。

3. 结果展示

当求解器执行结束后，可切换到“后处理”页来查看本次试验结果，包括一阶运动幅值、一阶波浪力幅值、波漂力、附加质量、兴波阻力的图像。现展示几个典型的由虚拟试验系统计算得到的数据绘制的图像。

4. 试验报告

除在线结果曲线外，系统中提供了试验报告自动生成功能。如下图所示，点击试验结果页中的试验报告，则弹出是按报告下载页面，可点击下载或直接打开。

自动生成的试验报告如下图所示，如果系统中安装了Word或相关软件即可进行查看、编辑及打印等。

1.参考文献

1. OpenMP编译原理及实现技术/罗秋明等著.北京：清华大学出版社，2015.5

2. 多核并行高性能计算：OpenMP/雷洪，胡许冰编著.北京：冶金工业出版社，2016.5

3. FORTRAN90程序设计/马瑞民，衣治安主编-2版.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社.

4. 海洋工程动力学/主编.北京：国防工业出版社，2010.

5. 陈纪康,王慧,马山,段文洋,王隶加.基于泰勒展开边界元方法的某半潜式平台水动力计算分析[J].哈尔滨工程大学学报,2018,39(09):1431-1437.

6. Faltisen.船舶与海洋工程环境载荷[M].上海交通大学出版社,2008.

7. 戴遗山，段文洋． 船舶在波浪中运动的势流理论［M］．北京: 国防工业出版社，2008

8. 马刚. 基于弹性细杆理论的深海立管和系泊线动力学模型研究[D].哈尔滨工程大学,2009.

9. 王冰. 基于细长杆理论的系泊缆索静力及动力分析方法研究[D].哈尔滨工程大学,2013.

10. 高等数值计算/沈艳等编著. 北京：清华大学出版社，2014（2016.9重印）

11. 李积德. 船舶耐波性.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社.

12. .Pangalila F.V. and Martin J.P. A method of estimating line tension and motions of a semi-submersible based on empirical data and model basis results. OTC, 1969,2:90-96.

13. 2.Gault A.J. and Cox W.R. Method for predicting geometry and loading distribution in an anchor

14. chain from a single point mooring buoy to a buried anchorage. OTC, 1973, 1:309-318.

15. Elsevier Academic Press. Fluid-structure interactions: Slender structure and Axial Flow. Païdoussis M P. 2004.2.

16. William C. Webster, Kostas Lambrakos, Jangwhan Kim, Xiaoning Jing. Rod Dynamics with Large Strecth[A]. Proceedings of ASME 2012 31st International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering[C]. Rio de Janeiro,2012.

17. 18.Chen X., et al. Coupled dynamic analysis of a mini TLP: Comparison with measurements [J]. Ocean Engineering, 2006, 33(1):93-117.

2.研究团队

哈尔滨工程大学

3.实用工具

AQWA,STAR-CCM+,Gambit，catia