本文重点先容当前几款首要海工分析软件，而且分析海工软件的特点对照与成长趋向，希望对处置陆地工程设想工作的工程师进修和利用有所帮助！
一、当前其他支流海工分析软件
1、WAMIT
WAMIT（Wave Analysis MIT）是计较零航速浮式结构物与海浪相互感化的分析软件，由麻省理工学院的J.N Newman师长开辟，于1987年初次推出。1999年，C. H. Lee与Newman配合建立WAMIT公司。
WAMIT软件成长中比力重要的版本是2000年推出的WAMIT 6.0及其升级版。在该系列版本中WAMIT具有了高阶面源计较方式。其高阶模块具有了分歧周期、分歧海浪来向感化下的二阶载荷海浪计较分析的才能。
WAMIT当前最新版本为7.0，该版本首要增加了并交运算功用。WAMIT自诞生以来逐步成为浮体分析计较范畴的标志性软件，其计较成果经常作为计较成果精度对照的参照物，足以证实WAMIT软件在业界所具有的普遍影响力和认可度。当前，全天下共有跨越100个机构、公司和研讨院地点利用WAMIT。
WAMIT有两个分歧模块，一个是根基模块，另一个是高阶模块。WAMIT本质上是一个停止频域浮体计较的软件，其功用仅限于计较，软件本身不具有前处置、后处置功用。其运转界面如图1.14所示。
WAMIT根基模块具有的计较功用包括：浮式结构物静水刚度、附加质量、辐射阻尼、海浪力（包括绕射力）、二阶定常海浪力。
WAMIT高阶模块计较功用包括：高阶面源法及斟酌二阶速度势影响的二阶差频、和频载荷。WAMIT在求解二阶差频、和频载荷时可以经过压力积分求解（同AQWA解法），也可以经过自在概况法（Free Surface）来停止计较。
相比而言，经过自在概况法获得的成果更切确，可是也支出更多的计较时候。
WAMIT还可以经过广义刚度法实现更普遍的计较分析，比方多个结构物铰接、增加月池阻尼等。别的，WAMIT可以斟酌液舱晃荡的影响，其计较成果可以较好的反应出液舱共振活动对于整体活动性能的耦合影响。
WAMIT软件没有前处置功用，计较模子需要经过第三方软件建立。运转终了后，WAMIT会输出头元模子文件，但需要经过其他法式检察，如操纵Tecplot。WAMIT计较成果以文本格式输出。用户可以经过其他软件大概自己编程来读取这些成果文件。
需要留意的是，WAMIT软件的计较成果（如浮体的活动RAO）是关于自在水面的，这与一般软件有所不同。
WAMIT可以计较液舱晃荡影响，但不能间接斟酌阻尼大概能量耗散的影响，液舱共振周期峰值很高，与现实不符。不外WAMIT经过广义矩阵法来给液舱增加阻尼，但首先需要用户把握广义矩阵法。
现今陆地工程研讨和分析范畴WAMIT具有很是重要的职位，正如其网站的广告语所说的“The State of the Art in Wave Interaction Analysis”，WAMIT已经成为了典范，其包含的理论成长思惟值得业界思考和鉴戒。未来，WAMIT照旧是陆地工程水动力分析范畴的标杆。
2、MOSES
MOSES（Multi-operational Structural Engineering Simulator)由Ultramarine公司开辟，该软件的第一个版本于1977年推出。在冗长的成长过程中，MOSES软件逐步成熟，其功用涵盖了海上安装、水动力计较、稳性校核、结构计较等众多方面。当前Ultramarine被Bentlay团体收买，MOSES软件与SACS、Maxsurf组成了Bentlay旗下的船舶陆地工程分析包，成为Bentlay成长陆地工程软件，争取相关市场的有力组成部分。
MOSES软件可以建立舱室模子，支持船舶或浮式平台的压载调载计较，同时可以胜任导管架拖拉上船、下水、扶正等安装分析工作。软件针对组块浮托安装界说了LMU、DSU单元，可以方便的实现海上组块浮托安装分析。软件可以停止水动力计较，其理论包括三维势流理论、切片理论和Morrison方程三种方式，可以方便快速地停止浮体频域活动分析。软件内具有多种缆索单元可以停止系泊、海上吊装、铺管等多种触及缆索动力学的分析。
MOSES软件最大的特点在于其本身具有一套文件编制方式，具有怪异的编程法则。经过编写运转文件，用户可以根据自己的需要实现自界说计较，经过其内置的接口可以将文件以文本、表格、动画、图片等多种格式输出。同时软件与SACS具有接口，可以方便的停止导管架结构的相关分析。
MOSES软件有四大模块：静水力计较、水动力计较、频域时域分析与后处置、结构计较。对于船舶，MOSES可以采用田中公式（Tanaka Method）停止横摇粘性阻尼的计较。MOSES可以利用远场法、近场法来计较二阶定常海浪力。水动力计较成果可以另存为文本文件，停止其他的计较时可以间接挪用该文件而不用重新计较，节省了计较时候。但MOSES软件不具有不法则频次消除功用，其水动力计较成果精度较差。
MOSES的频域分析和时域分析可以停止浮体活动、系泊以及静态压载的计较和模拟。MOSES软件还具有结构计较功用，但随着其他陆地工程结构分析软件的成长，该功用有所弱化。
MOSES软件持久以来作为陆地工程安装分析范畴的首选软件而被业界熟知。由于其与SACS软件具有接口，几近把持了导管架安装分析市场。MOSES软件在组块浮托安装分析中也根基处于把持的职位。可是由于MOSES软件水动力计较精度不高，其在复杂水动力分析诸如浮式平台系泊分析、多体耦合水动力分析等方面不尽善尽美。别的，由于软件是以号令文件形式进交运转，设定和选项数目庞大复杂，加上界面简单，可操纵性低，使得初学者很是难以入门。一旦充实了解和把握了MOSES软件的分析流程和思绪，利用者就会发现MOSES从某种水平上来说是为所欲为，无所事事的。
MOSES软件被Bentlay收买后，其软件界面方面获得了很大改良，与SACS、Maxsurf软件的整合方面获得一定进步。依照Bentlay的成长思绪，Maxsurf将作为MOSES的前处置法式，MOSES软件将专注于陆地工程浮式结构物水动力计较、静水力分析和海上安装分析，其与SACS的接口将界面化，可操纵性大大增强。未来，MOSES软件作为Bentlay公司陆地工程分析软件包中重要的焦点成员将在陆地工程分析范畴饰演更重要的脚色。
3、Hydrostar与Ariane
Hydrostar是法国船级社（BV）推出的水动力计较软件，首要由陈晓波博士主持开辟，第一个版本于1991年推出，当前版本为7.25（2014年）。
Hydrostar理论和算法上与WAMIT几近不异，根基具有WAMIT的一切功用。在二阶载荷的计较理论上，Hydrostar融入了陈晓波博士的中场法理论，该理论也是近年来为数不多的具有重要影响力的二阶载荷分析理论。中场法避免了远场法和近场法各自的弱点，是Hydrostar独占的计较功用。
Hydrostar除了常规频域水动力分析功用外，还具有消除不法则频次、斟酌能量耗散的耐波性/液舱晃荡耦合分析、二阶载荷中场理论、多偏向下低频载荷计较等功用。别的，Hydrostar具有较完全的后处置功用，可以以多种形式输出计较成果，检察计较模子和波面变化情况，停止短期/持久谱分析。最新版本Hydrostar支持并行计较，计较效力明显进步。
Hydrostar由很多模块组成，如hslec读取面源模子文件；hsbln平衡模子文件，可以依照吃水切割面源模子；hsrdf停止辐射绕射计较；hstnk计较液舱影响；hsmcn计较浮体活动；hsdft计较多偏向二阶载荷；hsmdf计较同偏向二阶载荷；hsprs计较压力散布；hswld计较截面海浪载荷；hspec频域短期/持久散布计较等等。首要模块下还有子模块，可以实现更多的设备、计较与后处置功用。
HydroStar具有一定的前处置功用，其内部针对一般常见浮式结构物均有建模支持，用户经过挑选需要停止分析的浮体范例，并指定浮体主标准数据即可建立面源计较模子，此外还可以根据需要调剂模子网格情况。别的，经过第三方建模软件也可以将模子导入到Hydrostar停止计较分析。
凡是情况下，液舱晃荡的分析可以正确捕捉液舱活动特征与耦合计较时整体活动共振情况。若不斟酌液舱自己内部的能量耗散感化，液舱发生的共振幅值很是大，与现实不符。新版本的Hydrostar对耐波性/液舱晃荡题目停止了优化，经过斟酌液舱内“阻尼”情况，终极给出更切近现实的成果。
图1.23 Hydrostar水动力计较模子与波面相互影响
Ariane是BV与MCS（当前为Wood Group旗下公司）合作推出的系泊分析软件。软件可以针对FPSO、半潜式平台、驳船等结构物停止系泊分析。Ariane软件的计较理论较为简单，利用浮体活动RAO来计较平台的一阶活动，经过准静态法计较缆绳响应，从本质上讲该软件是半耦合的系泊分析软件。
由于理论的范围性，软件利用范围有限，不适用于复杂的系泊分析（诸如Spar、 TLP等）。软件整体开辟水平有限，界面简单，计较成果精度一般。该软件的有点是数据输入较为方便，计较快，合适早期设想大概大量工况（比方10万甚至几十万个工况）分析。软件后处置功用强大，可以以Excel文件或文本文件格式输出成果，方便用户进一步处置。
由于推行力度以及用户利用习惯等方面的缘由，Hydrostar推出以来利用范围有限，Arine由于自己理论的范围性，限制了成长。BV当前积极推动Hydrostar、Ariane、Hemo等软件的整合水平，力图涵盖水动力分析、系泊分析、结构分析等几个首要海工分析偏向，扩大软件和标准的利用范围。2013年，BV在新加坡建立了陈晓波博士领衔的陆地工程研讨中心。未来，BV开辟的软件和海工标准将迎来更快的成长。
4、Sesam
Sesam是由挪威船级社DNV（今为DNV-GL)推出的陆地工程分析软件。
Sesam的成长历史很是悠久。1966年，挪威技术学院的门生Pal Bergen依占有限元方式编写了通用有限元法式，他将这套法式命名为“Sesam”。1968年DNV从Bergen手中采办了这套软件，并投入职员停止开辟。1969年，第一个Sesam贸易化版本Sesam69公布。经过量年的成长，Sesam成为陆地工程结构分析的行业标准软件。
20世纪80年月早期，DNV推出新版Sesam，它具有交互式多少建模方式和自动有限元网格天生技术，以及交互式图表后处置才能。厥后的成长中Sesam逐步增加了水动力分析、立管分析、导管架分析等功用，逐步构成了以GeniE、HydroD、DeepC为焦点的软件包，涵盖水动力分析、安装分析、导管架结构分析、浮式结构分析、混凝土平台分析、立管分析等几近一切陆地工程所能触及到的题目。
GeniE是Sesam的建模及前处置模块。HydroD是水动力计较模块，其中Wadam为水动力计较法式。别的，Sesam还包括两个水动力计较模块Waveship和Wasim。Waveship首要针对船舶停止水动力分析，其理论为二维切片理论，可以停止零航速和中等航速状态下的计较。在分析中可以预算粘性横摇阻尼的影响并可以完成海浪压力的输出。Wasim理论为三维势流理论，可以针对有航速船舶停止时域非线性水动力计较。
Sesam的水动力计较成果经过Postresp模块停止处置。Postresp是Sesam的焦点后处置法式，功用强大，可以将成果的以图表的形式输出，并停止频域短期预告和持久预告计较。用户可经过Xtract检察浮式结构物的活动模拟情况和波面变化情况。
Simo、Riflex、Mimosa和DeepC组成了Sesam的系泊/立管分析模块。
Simo可以停止海上安装和系泊计较。Riflex可以停止系泊缆或立管的静态响应分析。Mimosa可以停止频域系泊计较分析。DeepC整合Simo和Riflex停止立管/系泊系统耦合分析。
多年的成长使得Sesam功用不竭增加，模块数目增加。对于熟悉Sesam分析流程的工程师而言，利用Sesam完成一项分析工作能够会触及到多个模块的数据传递，需要具有很是丰富的利用经历。DNV在软件开辟进程中也意想到了这个题目，Sesam Manager应运而生。Sesam Manager依照工作流程排序，用户经过拖拽响应计较模块来组成份析骨架，每步分析依照顺序来做即可。全部界面直观风雅，很是方便。
Sesam可以完成几近一切的陆地工程分析工作，功用强大，界面友爱，加上内部支持DNV标准校核，其成长势头很是微弱。当前越来越多的陆地工程公司挑选Sesam作为主力分析工具。Sesam模块众多，数据和模子治理起来有些烦琐，利用者需要停止一段时候的练习才能熟练。
Wadam的焦点是较早版本的WAMIT，近年来功用更新缓慢，使得Wadam难以满足一些特定题目标分析要求。别的，Sesam的后处置法式PostResp界面陈腐，操纵烦琐。Sesam支持号令交运转，熟悉这项功用可以极大的进步工作效力。
总而言之，Sesam软件是现今陆地工程分析软件中很是重要的一款软件。由于DNV在陆地工程范畴的领先职位，使得Sesam在现实项目和标准的两重鞭策下快速成长，占据了较大的市场份额。加上DNV每年城市保持大额的软件研发投入，使得Sesam一向处于不竭更新的状态，未来Sesam在陆地工程行业的影响力将越来越大，继续饰演无足轻重的脚色。
5、Orcaflex
Orcaflex是由英格兰的Orcina开辟的动力学分析软件。1986年，陆地工程结构和水动力征询公司Orcina建立，同年推出了Orcaflex的第一个版本。1989年该公司又推出了OrcaBend和OrcaLay。
经过量年的成长，Orcina公司已经成为天下领先的陆地工程动力学分析软件开辟公司。Orcaflex软件以其友爱的界面，延续不竭的功用改良，多样的动力学分析才能成为现今陆地工程动力学分析软件的领先者，其全球用户跨越260家。Orcaflex的功用还在不竭增强，当前最新的版本为V10。
Orcaflex首要功用包括陆地工程缆索动力分析、立管动力分析、浮式平台的动力分析等。可以处理的题目包括：船舶耐波性、系泊、系泊疲惫、立管强度、立管疲惫、立管VIV（需要shear7支持）、海上安装、铺管、结构物模态等等。
Orcaflex并不能停止三维辐射-绕射水动力计较，用户可以将WAMIT、AQWA、MOSES等水动力计较软件的数据成果导入到Orcaflex中停止后续分析。软件在浮体动力分析中可以斟酌的载钱袋括：一阶海浪载荷、二阶和频差频载荷、风载荷、流载荷、附加质量与辐射阻尼、用户增加的线性/非线性阻尼等。对于杆状结构物或标准/波长比力小的结构物，Orcaflex可以经过界说6Dbouy、3Dbouy来对该类物体停止分析。
Orcaflex的分析手段首要为时域分析，可以利用浮体RAO停止计较浮体活动响应大概经过海浪力来求解浮体活动。其系泊分析方式是全耦合的，即载荷均以时域形式计较，平台活动与系泊系统耦合求解，同时斟酌系泊缆的静态效应。
Orcaflex可以对复杂系统进交活动模态分析。软件可以对系泊缆、管道结构物停止基于法则波的疲惫分析和基于雨流计数法的疲惫分析。
管道分析是Orcaflex的刚强。软件可以很好地模拟张紧式立管（TTR）、分歧范例悬链线外输管道（SCR）、海底管道、隔水管等陆地工程用管道。计较成果可以间接经过内置标准校核功用停止标准校核。经过Shear7接口，软件可以停止立管涡激振动的分析。
Orcaflex的模子可以经过界面快速建立也可以经过号令行形式建模。软件内置的后处置功用很是强大，可以经过鼠标操纵获得用户几近一切想要获得的成果。同时，Orcaflex具有Matlab、Python、C++、VBA的编程接口，用户可以经过内部编程实现快速建模、复杂数据快速处置和自界说计较等高级功用。
Orcaflex的开辟公司Orcina只是一个不敷50人的公司，就是这样的一个小公司，做出了如此巨大的产物，其成功的成长经历值得陆地工程界进修鉴戒。当前Orcaflex占据了大部分海工专业动力学分析软件市场，未来其开辟公司Orcina还将继续推动Orcaflex的深度开辟与功用更新。值得留意的是，当前海工软件公司被大团体收买的现象层见叠出，未来Orcina能否连结久长以来的自力开辟职位值得观察。
二、海工软件的特点对照与成长趋向
1、首要陆地工程软件、成长趋向与授权方式
经过量年的工程理论和理论成长，现今的陆地工程已经可以完万可以经过计较机软件来完成大大都的设想工作。当前，陆地工程分析软件可以分为5大类：水动力分析软件、系泊分析软件、立管分析软件、结构分析软件、安装分析软件，别的还有一些具有特定计较功用的软件。常见的分析软件有：
水动力分析软件---AQWA、WAMIT、Hydrostar、MOSES、Waveload等。系泊分析软件---AQWA、Simo、Orcaflex、FLexcom、MOSES、Harp、Mimosa、Ariane等。立管分析软件---Orcaflex、Flexcom、DeepC、Harp、Abaqus、AQWA等。结构分析软件---Sesam、SACS、Abaqus、ANSYS、Homer、Patran、Nastran等。安装分析软件---MOSES、Sima、AQWA、Orcaflex、FLexcom等其他的分析软件还有Offpipe、shear7、OSAP、Fluent、Fast等。
针对不竭成长的设想需要，海工分析软件未来将显现以下的成长趋向：
功用多元化：未来陆地工程软件可以实现的分析功用未来越多，各个软件开辟商都将力图经过推出功用多元化的软件产物来稳固既有市场，抢占其他市场。界面友爱化：曩昔的分析软件囿于计较性才能，在用户界面上投入较少，前后处置都比力粗陋。随着计较机技术的成长和用户对数据可视化、界面可操纵性的要求逐步增强，当前几近一切的软件开辟公司都在用户界面高低大气力停止开辟和改良。未来的海工软件将具有加倍友爱的界面和加倍便利的前后处置功用。模块集成化：当前的陆地工程分析软件均以模块形式来实现分析功用，模块之间经过接口来实现数据传递，各个模块组成软件包来实现更多分析功用。由于功用越来越多，软件模块过分于复杂，使得用户利用起来有诸多未便。未来模块集成化，经过同一界面来实现多种计较功用将是软件的成长的趋向。合作剧烈化：随着海工软件市场合作逐步剧烈，近年来收买活动很是频仍，比方开辟了Flexcom、Ariane的爱尔兰MCS公司被Wood Group收买；开辟了MOSES的Utralmarine、开辟了SACS的EDI、开辟了Maxsurf的Formation Design Systems被本特力（Bentlay）收买；开辟AQWA的Century Dynamic被ANSYS收买。海工软件市场逐步构成了四方争取的场面，这四方和响应产物别离为：① 挪威船级社开辟的Sesam；② Bentlay旗下的SACS+MOSES+Maxsurf；③ ANSYS旗下的AQWA+ANSYS+Workbench；④ BV开辟的Hydrostar+Ariane+Homer。
其中，Sesam、Bentlay、ANSYS占据了大部分市场，BV的软件进入市场较晚，差异较大，但具有后发上风，近年来的成长势头微弱。
由于陆地工程软件市场专业且较为封锁，市场范围有限，未来的合作格式将加倍剧烈。这对于用户来说是个好消息，剧烈的合作势必发生更合适设想职员需求的软件，从而鞭策相关设想分析工作的快速高效停止。
一般说来，海工分析软件的授权方式分为证书文件和加密狗两种。大都软件具有局域网援勤奋用，即局域网内一台机械有证书大概加密狗，其他网内用户可以经过援用实现本机软件的授权利用，凡是情况下局域网内一个证书同一时辰只能有一个用户利用。
海工软件的价格很高。软件一般分为根基功用和高级功用两个部分，个体软件是依照模块出售。小的软件比方WAMIT、Orcaflex单一证书价格在二三十万群众币之间，Sesam单个模块价格在百万群众币左右，这就意味着处置海工设想的机构大概公司需要一定的投资才能具有根基的设想才能。
逐步成长的海工软件对于设想职员也提出了更高的要求。完成一项设想工作能够需要触及多种软件的组合，有的情况下还需要工程师自行编程。比方停止FPSO单点系泊设想，工程师不单要会利用水动力分析软件停止多工况的水动力分析，还要对系泊分析软件和相关分析方式很是熟悉，同时还需要按照结构工程师的要求供给设想载荷，需要的时辰还需要编程提取计较成果。
一位处置陆地工程设想工作的工程师不单单需要处置本专业的工作，对于其他专业的理论、分析方式、软件操纵利用、标准要求都要有一定的了解。一切的这些都对工程师的理论功底和技术水平提出了更高的应战。把握多种软件，具有多种才能才能在复杂纷纷的工作中游刃不足。
2、浮体分析软件功用对照
为了更直观的领会本章先容的海工浮体分析软件的才能，本节对七种软件在前处置、后处置、水动力分析才能、系泊分析才能、安装分析才能五个方面停止了对照并给出了综合评价。评价以★数目几多来表征，标记★较多的表白该软件在该方面才能更突出。
综合来看AQWA软件是比力出色的，它既具有较强的前后处置才能，又具有比力完整的分析功用。正如前文所说，常常完成一个项目标工作需要多种软件的配合配合，AQWA软件多样化的分析才能很是合适从体浮体分析的专业职员的入门软件和首要分析工具。这也是笔者编写《ANSYS AQWA 软件入门与进步》的动身点之一。
作者：高巍，仿真秀科普作者
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发表于 2019-8-28 13:27:38
