基于CFD-FEM的浮式结构水弹性响应数值模拟

发布时间：2024-03-22 19:27

　　开发并验证了一种基于CFD-FEM耦合的弹性浮体水弹性响应计算模拟方法。采用CFD方法建立黏性数值水池模拟非线性波浪,弹性浮板进行有限元离散,并在交界面进行数据交互实现耦合计算;通过与水池试验数据和三维板理论在各种波浪环境下的浮体垂向位移结果对比,证实CFD-FEM耦合方法的有效性。并进一步研究了浮板的厚度、入射波波幅和浮板的三维效应对浮板水弹性响应的影响。结论表明,波幅的增加会加剧弹性浮板的水弹性响应,浮板各点处的垂向位移随波幅的增加而增大;当浮板厚度改变时,不同厚度浮板自由端处的垂向位移差异较小,而在中部等位置处,厚度对浮板的水弹性响应有较大的影响。

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【部分图文】：

图1数值水池消波区域

式中:u3为在垂向的速度分量;f1,f2分别为线性阻尼项与非线性阻尼项;nd为沿波浪传播方向上的阻尼系数，nd的取值参考文献[16];xsd,xed分别为阻尼区域开始位置坐标与结束位置坐标。1.3耦合方法

图2CFD-FEM双向耦合流程

在耦合计算中，采用CFD和FEM之间的双向耦合方法，该过程在图2中进行简要说明，图中的t0为初始时刻，Δt表示每个耦合内的时间增量。在初始时间使用CFD计算出浮板表面的压力以数据映射的方法传递给有限元模块中的浮板模型，在压力载荷的作用下，浮板有限元节点产生速度与加速度的变化，将导....

图3计算流域网格及弹性浮板单元划分

计算模型与文献[17]中的一致，弹性浮板模型参数见表1。由于数值水池前端设置了消波区，浮体前端与数值水池入口处的间距可以缩短，这里选择为L;浮体尾端到数值水池出口处的距离为1.5L;为减少水池两侧边界对计算的影响，设置浮体到水池两侧边界的距离为2B。入射波波高Hw=0.02m，....

图4浮板中线各点处的垂向位移

图5为波长2m时，弹性浮板中线处迎浪端垂向位移时历曲线。可以看出，在8s之后，浮板迎浪端的垂向位移达到较为稳定的状态，相邻两个垂向位移峰值处的时间间隔与入射波的波浪周期相同，为T=1.13s;同时选取弹性浮板运动的稳定时间段内3个相邻迎浪端垂向位移最大处的时刻，对比在3个时....

本文编号：3934846