開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了一種基于CFD-FEM耦合的彈性浮體水彈性響應(yīng)計(jì)算模擬方法。采用CFD方法建立黏性數(shù)值水池模擬非線性波浪,彈性浮板進(jìn)行有限元離散,并在交界面進(jìn)行數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)耦合計(jì)算;通過(guò)與水池試驗(yàn)數(shù)據(jù)和三維板理論在各種波浪環(huán)境下的浮體垂向位移結(jié)果對(duì)比,證實(shí)CFD-FEM耦合方法的有效性。并進(jìn)一步研究了浮板的厚度、入射波波幅和浮板的三維效應(yīng)對(duì)浮板水彈性響應(yīng)的影響。結(jié)論表明,波幅的增加會(huì)加劇彈性浮板的水彈性響應(yīng),浮板各點(diǎn)處的垂向位移隨波幅的增加而增大;當(dāng)浮板厚度改變時(shí),不同厚度浮板自由端處的垂向位移差異較小,而在中部等位置處,厚度對(duì)浮板的水彈性響應(yīng)有較大的影響。

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圖1數(shù)值水池消波區(qū)域

式中:u3為在垂向的速度分量;f1,f2分別為線性阻尼項(xiàng)與非線性阻尼項(xiàng);nd為沿波浪傳播方向上的阻尼系數(shù)，nd的取值參考文獻(xiàn)[16];xsd,xed分別為阻尼區(qū)域開(kāi)始位置坐標(biāo)與結(jié)束位置坐標(biāo)。1.3耦合方法

圖2CFD-FEM雙向耦合流程

在耦合計(jì)算中，采用CFD和FEM之間的雙向耦合方法，該過(guò)程在圖2中進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明，圖中的t0為初始時(shí)刻，Δt表示每個(gè)耦合內(nèi)的時(shí)間增量。在初始時(shí)間使用CFD計(jì)算出浮板表面的壓力以數(shù)據(jù)映射的方法傳遞給有限元模塊中的浮板模型，在壓力載荷的作用下，浮板有限元節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生速度與加速度的變化，將導(dǎo)....

圖3計(jì)算流域網(wǎng)格及彈性浮板單元?jiǎng)澐?br>
計(jì)算模型與文獻(xiàn)[17]中的一致，彈性浮板模型參數(shù)見(jiàn)表1。由于數(shù)值水池前端設(shè)置了消波區(qū)，浮體前端與數(shù)值水池入口處的間距可以縮短，這里選擇為L(zhǎng);浮體尾端到數(shù)值水池出口處的距離為1.5L;為減少水池兩側(cè)邊界對(duì)計(jì)算的影響，設(shè)置浮體到水池兩側(cè)邊界的距離為2B。入射波波高Hw=0.02m，....

圖4浮板中線各點(diǎn)處的垂向位移

圖5為波長(zhǎng)2m時(shí)，彈性浮板中線處迎浪端垂向位移時(shí)歷曲線�？梢钥闯�，在8s之后，浮板迎浪端的垂向位移達(dá)到較為穩(wěn)定的狀態(tài)，相鄰兩個(gè)垂向位移峰值處的時(shí)間間隔與入射波的波浪周期相同，為T=1.13s;同時(shí)選取彈性浮板運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定時(shí)間段內(nèi)3個(gè)相鄰迎浪端垂向位移最大處的時(shí)刻，對(duì)比在3個(gè)時(shí)....

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