一、前言
二、前处理
三、定义/提交作业
- 3.1 创建分析作业
- 3.2 定义输入数据
- 3.3 设置执行指令
- 3.4 指定输出格式
- 3.5 提交求解计算
四、输出文件
五、结果后处理
- 5.1 绘制力/位移时程
- 5.2 傅里叶变换与导荷
- 5.3 播放时域结果动画
六、参考文献

一、前言

SESAM （Super Element Structure Analysis Module）是由挪威船级社（DNV-GL）开发的一款有限元分析（FEA）系统，它以 GeniE、HydroD 和 DeepC 等模块为核心，主要用于海工结构的强度评估、波浪荷载计算和系泊系统分析等。GeniE、HydroD 和 DeepC 分别是 Sesam 系统的固定式结构分析模块、漂浮式结构分析模块和系泊系统分析模块。HydroD is the software package for robust hydrodynamic analysis and stability analysis.

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Sesam Overview - 2017

在 HydroD 中，可以进行浮体的稳性分析或波浪荷载的计算。浮体稳性分析属于水静力分析（Hydrostatic），波浪荷载计算属于水动力分析（Hydrodynamic）。水动力分析包括：频域水动力分析和时域水动力分析，它们分别由 Wadam（频域）和 Wasim（时域）程序执行。Wasim 是 SESAM 系统的时域水动力分析程序，能被 HdroD 直接调用，主要用于计算有航速浮体的运动响应和波浪力。Wasim 通过 Rankine Panel Method（面元法）求解三维势流问题，分析是在时域内进行的，计算结果可使用傅里叶变换转换到频域。

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二、前处理

Wasim 水动力分析前处理操作流程

序号	类别	操作/目的/用途
01	模型文件 / FEM	创建 Panel FEM、Morison FEM、Structure FEM、Mass FEM 和 Second Order Free Surface FEM
02A	波浪数据 / 规则波	定义各成份波的周期、浪高、相位和方向 Regular wave set is the wave input to a Wasim time domain analysis. GeneralModeling >> Environment >> Water >> New Regular Wave Set
02B	波浪数据 / 随机波	定义波浪频谱，常用的波浪谱有：Jonswap、Bretschneider 和 Torsethaugen GeneralModeling >> Environment >> Water >> Wave Spectrum
03A	点位信息 / 流体性质	定义浮体所在位置处的流体数据，如空气密度、海水深度等 GeneralModeling >> Environment >> New Loaction
03B	点位信息 / 频域条件	创建频域条件，用于频域分析，组合 FrequencySet 与 DirectionSet （Wasim 频域分析实际上是时域分析后的傅里叶变换）
03C	点位信息 / 时域条件	创建不规则时域条件，用于不规则波的时域分析
04A	水力模型 / Panel Model	导入 Panel 模型（FEM文件）（非细长结构采用三维势流理论计算水动力）
04B	水力模型 / Morison Model	导入 Morison 模型（FEM文件）定义 Morison Section、Pressure Area Section 等指定属性（细长结构采用莫里森方程计算水动力）
05	结构模型 / Structure Model	导入 Structure 模型（FEM文件）定义 Permeability、Deck Tank 属性、创建 Compartment 创建 Fluid、Flooded 属性及 Filling Fraction （结构模型用于定义压载、应力计算等）
06A	加载条件 / 初始状态	创建加载条件，给出浮体在初始状态下的水线位置、横倾角和纵倾角等
06B	加载条件 / Mass Model	定义质量模型（Define Mass Model）创建质量模型的四种方式：From File、User Specified、Matrix、Morison Model 一般以导入 FEM 文件的方式定义质量模型（质量模型用于描述质量分布，从而确定质心位置）
06C	加载条件 / 自由面模型	导入 Second Order Free Surface 模型（FEM文件）
06D	加载条件 / 填充压载	Compartment Contents
06E	加载条件 / 附加矩阵	定义 Additional Matrices，如阻尼矩阵、回复力矩阵等
07	运动控制	定义 Motion Control Spring、Rudder 等（无系泊浮体平动方向不存在静水回复刚度）
08	荷载汇集面	创建 Load Cross Section Define some cross sections where sectional loads will be computed.

三、定义/提交作业

在 WasimAnalysis 文件夹下，可以创建的分析活动有四种，分别是：WasimActivity（水动力分析）、SetupActivity（参数设置）、MassActivity（质量分析）和 FourierActivity（傅里叶变换）。SetupActivity 和 MassActivity 用于计算水动力分析所需的输入数据，如影响矩阵及其逆矩阵、质量矩阵等。在某些情况下（Section Model），对自由面网格的控制是在 SetupActivity >> New Mesh 内实现的。FourierActivity 用于执行傅里叶变换，可将时域结果转换为频域结果。通常，一个 WasimActivity 提交后，程序将依次执行：质量分析、参数设置、求解计算和傅里叶变换。

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3.1 创建分析作业

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Step 1 - Create Wasim Run

3.2 定义输入数据

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Step 2 - Set Input Data

当输入类型为频域时，需要指定频域条件（Frequency Domain Condition）。频域条件是在 Location 下定义的，用于描述入射简谐波浪的特性，如浪高、频率和入射方向等。Wasim 是 SESAM 系统的时域水动力分析程序，并不能执行频域水动力分析，但频域条件可以作为它的输入数据。在这种情况下，Wasim 执行的是一个或一系列单频单向简谐波浪作用下的时域水动力分析。时域水动力分析完成后，Wasim 将自动执行傅里叶变换，将时域结果转化为频域结果。

当输入类型为时域时，可供选择的入射波类型有：Calm Sea、Regular wave set 和 Irregular time condition。对于规则波下的时域分析（Regular wave set），各简谐波成份由用户直接定义，波浪的运动形式由线性 Stokes 波浪模型（Airy wave）、5 阶 Stokes 波浪模型或 Stream function 确定，5th order Stokes wave and Stream function can only be selected when there is only one single harmonic component and is only relevant for non-linear analysis。对于随机波下的时域分析（Irregular time condition），波浪的各成分波由 HydroD 根据所选择的海洋状态（Sea state）算得。与此同时，还应给出最小的波浪周期，以确定波浪谱的最小切出周期。

3.3 设置执行指令

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Step 3 - Set Execution Directives

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Fourier Transfer & Load Transfer & Algorithms

The following non-linear effects are included with the non-linear option: (1) Integration of Froude-Krylov and hydrostatic pressure over exact wetted surface. (2) Quadratic terms in Bernoulli are included. (3) Exact treatment of rotation angles in inertia and gravity terms. (4) Quadratic roll damping. (5) Drag forces from Morsion’ elements. (6) Stokes fifth order wave theory and Stream function wave theory for intermediate and shallow water waves. (7) Non-linear free surface conditions. The radiation/diffraction problem is solved on the mean free surface and mean wetted surface with both the linear and non-linear option.（时域非线性分析）

3.4 指定输出格式

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Step 4 - Define Output Directory

3.5 提交求解计算

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Step 5 - Run Analysis

四、输出文件

一个 Wasim 作业（WasimActivity）提交后，系统（Waism System）将运行一系列程序来实现这个时域水动力分析。这些程序包括：wasim_mass.exe（质量分析）、wasim_setup.exe（参数设置）、wasim_solve.exe（求解计算）、wasim_fourier.exe（傅里叶变换）、wasim_snapshots.exe（时域输出）和 wasim_stru.exe（荷载传递）。可执行程序（.exe）运行后，会生成一个或多个输出文件（二进制/ASCII），用以记录运行情况、结果数据等。

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Wasim System

在 Wasim 中，输出文件有四类，分别是：Listing 文件（Listing File）、时域输出文件（Time domain output）、频域输出文件（Frequency domain output）和荷载传递文件（Load transfer output）。.LIS 文件是 Listing 文件，它是一个记录运行信息的文本文件，各 .exe 程序运行后都会创建这个文件。此外，来自 wasim_fourier.exe 的 .LIS 文件内会记录一些数值结果，来自 wasim_stru.exe 的 .LIS 文件内记录一些荷载传递信息，如无荷载作用的单元编号等。在各时域/频域输出文件内，记录着水动力的分析结果数据，这些结果数据描述了波浪和浮体的运动等。<prefix>SN.FEM 和 <prefix>L*.FEM 都是由 wasim_stru.exe 输出的荷载传递文件，它们也都是 SESAM 结构分析模块 Sestra 的输入文件。

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Wasim 分析的部分输出文件

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五、结果后处理

5.1 绘制力/位移时程

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Plot Rigid Body Motion - Displacement 刚体运动结果文件：.mot、.mot_vel 和 .mot_acc

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Plot Wave Load - Fx 波浪力结果文件：.frc 和 .frc_wadd

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Plot Section Load - Fx 截面内力结果文件：.x_total.ld、.y_total.ld 和 .z_total.ld

5.2 傅里叶变换与导荷

傅里叶变换（Fourier Transform）由 wasim_fourier.exe 执行，用来将分析结果从时域转换到频域，主要适用于线性分析。对于单一谐波作用下的非线性分析，也可执行傅里叶变换，这时程序将会识别出总体响应中各谐波成份的贡献。荷载转换（Load Transfer）由 wasim_stru.exe 执行，用来将波浪荷载从面板模型（Panel Model）传递到结构有限元模型（FEM Model），它是强度分析、疲劳分析的基础。傅里叶变换与荷载传递可以作为 WasimActivity 的分析子步，在时域水动力分析完成后依次运行。在 Postresp 中，可以打开傅里叶变换的输出文件，并进行频域结果的后处理，如绘制 RAOs 等等。荷载传递的输出文件可以作为 Sestra 和 Stofat 的输入文件，Sestra 用于执行结构分析，Stofat 用于执行疲劳分析。

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