作者：高巍，仿真秀科普作者

一、寫在前面

20世紀60年代歐洲北海發現了儲量豐富的油氣資源，隨著1973年第二次石油危機的到來，歐洲國家能源自主的迫切需要推進了北海油氣資源的開發進程，推動了海洋工程技術發展。

為了應對日益增長的海洋工程業務需求，英國的WS Atkins（阿特金斯集團）在1975年開發了AQWA（Advanced Quantitative Wave Analysis）軟件。AQWA軟件主要解決北海油氣開發，乃至范圍更廣的世界海洋油氣開發中浮體設計分析，如航行、安裝、作業、定位等方面所面臨的技術難題。

20世紀80年代，逐漸發展成熟的AQWA軟件推向市場，成為第一款商業化的海洋工程浮體分析軟件。AQWA軟件在發展過程中功能不斷豐富，逐漸成為一款深受業界認可的浮體分析軟件。

2001年AQWA軟件的運營權轉交給Century Dynamics Ltd.。

2005年ANSYS集團收購Century Dynamic。

2008年發布的AQWA V5.7d是Century Dynamic獨立開發的最后一個AQWA版本。

2009年，ANSYS推出的ANSYS 12.0首次將AQWA作為其重要的計算模塊推向市場。隨著版本不斷更新，AQWA與ANSYS Workbench系統的整合程度不斷提高，其界面、計算功能、計算效率都有了較大提升。

當前，AQWA軟件已經成為大學、研究機構、海洋工程設計公司的重要分析工具之一。相信隨著開發力度和推廣力度的不斷增強，AQWA在海洋工程分析軟件領域將扮演更加重要的角色，將更專業、更廣泛的服務于海洋工程行業。

二、AQWA軟件理論基礎與主要功能

AQWA軟件主要解決浮體在環境載荷作用下的運動響應、系泊定位、海上安裝作業、船舶航行以及波浪載荷傳遞等方面的問題。

其理論基礎主要有：

• 船舶靜力學：解決浮體靜水/非靜水狀態下的水剛度問題
• 剛體動力學：解決浮體在環境載荷影響下的運動響應問題
• 三維勢流輻射-繞射理論：解決相對于波浪不可忽略的浮體所受波浪載荷情況，解法為面源法
• Morrison方程：解決小直徑波長比狀態下桿件在波浪中的受力問題
• 纜索動力學：解決浮體系泊狀態下纜繩動力響應問題

AQWA功能強大，能夠解決海洋工程浮體分析領域的大多數問題，其能夠實現的計算功能如下圖所示。

圖1.1 AQWA能夠實現的計算功能

AQWA的頻域水動力分析可以求解浮式結構物靜水剛度、附加質量、輻射阻尼、一階波浪力（包括繞射力）、二階定常波浪載荷。在求解二階差頻、和頻載荷中可以考慮二階速度勢的影響。

AQWA能夠分析有航速情況下船舶的波浪運動響應、固定結構物的波浪載荷、多體耦合水動力計算等多種復雜水動力問題。另外，AQWA具備不規則頻率去除功能和駐波抑制功能，能夠提高復雜水動力分析結果的精度。AQWA可以將作用在船體上的波浪速度勢、壓力以及波面升高等數據輸出，用于結構分析和耐波性分析。

AQWA的時域分析分為兩種。基于平均濕表面的時域求解可以分析浮式結構在風、流、一階波浪載荷和二階波浪載荷作用下的運動響應及連接部件的響應狀態。基于非線性瞬時濕表面時域分析可以考慮浮體瞬時濕表面變化的影響。

AQWA可以建立系泊纜、鉸、護舷、絞車、滑輪、張力腱等多種連接部件，能夠進行復雜的系泊分析與安裝分析計算。

AQWA具有外部程序接口，用戶可以通過編程實現自定義計算。

AQWA軟件包主要包括九個模塊（程序），模塊名稱及對應功能分別為：

• Line 頻域水動力求解模塊
• Librium 靜平衡計算模塊
• Fer 頻域分析模塊
• Drift 平均濕表面時域計算模塊
• Naut 瞬時濕表面時域計算模塊
• Ags 后處理模塊
• Wave 波浪載荷轉換程序
• Flow 流場數據讀取程序
• Aql AQWA與Excel的接口程序

經典ANSYS、Ags部分功能是經典AQWA的前處理程序。Line、Fer、Librium、Drift、Naut是AQWA的核心計算模塊。Wave、Flow、Ags以及Aql是AQWA的后處理程序。

圖1.2 AQWA主要模塊關系

三、AQWA軟件的運行界面

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總結

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