動水壓力的案例
ANSYS AQWA計算案例 | 海洋平臺波浪載荷的計算和傳遞
設計波通常是簡化的規則波，可以采用水動力軟件直接計算波浪對平臺的載荷。
波浪載荷的傳遞，并不僅僅是載荷的施加，還需要考慮水動力結構的網格模型和強度校核模塊的網格模型的差異，包括單元類型的差異、單元位置和形狀的差異。在載荷傳遞的過程中，需要考慮網格的匹配。
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波浪載荷計算與傳遞
一般來說，海洋平臺在海面上受到的與波浪相關的載荷包括靜水壓力、動水壓力和運動產生的慣性載荷。其中，靜水壓力可以在ANSYS Mechanical中直接施加，但是動水壓力和運動的慣性載荷需要采用水動力軟件計算。采用ANSYS AQWQ可以方便的計算出波浪的動水壓力以及海洋平臺運動產生的慣性載荷。
在ANSYS系列軟件中，要將AQWA計算的波浪載荷傳遞給Mechanical進行進一步的強度校核，可以采用兩種方法：
（1） 通過ANSYS AQWA-WAVE計算加載的APDL命令傳遞；
（2）通過中間格式文件采用OC系列命令傳遞。
文章來源：安世亞太
展開 巖壇辯難：我們向巖土界提出的第4個問題！
綜上，定義為滲透壓力產生的浮力應不合適。
但滲透壓力不直接產生浮力，滲流本身卻會引起附加的浮力，主要是基于靜水壓力按照較低的水頭來計算的情況，因為不管是結構底板下存在水平方向的滲流，還是有斜向的滲流存在，底板底面的理論水頭（不考慮實測水頭可能會折減的因素）都高于較低水位的靜水壓力水頭，兩者的水頭壓力差，應該就是規范意圖定義的“穩定滲流產生的浮力”，若修改為“穩定滲流產生的附加浮力”竊以為更佳。配圖一張，請忽略畫工。
康總對浮力的定義提供了如下參考
康總對各浮力的定義提出以下參考：
關于浮力、浮托力、揚壓力、滲透壓力、承壓水壓力
浮托力：
地下建筑物受靜水位或下游水位作用，在其底面所受的均布向上的靜水壓力。只與下游水位及底面積有關系，其大小等于γw×h下×A；
滲透壓力（為動水壓力）：
當上游水位比下游水位高時即產生滲流，滲流場產生的水壓力即為滲透壓力（為動水壓力），其大小為水力梯度i×γw；在水工建筑設計中通常指因上、下游水位差使滲水流動各點水壓強度超過下游水位的部分。
揚壓力：
定義2：因上、下游水位差而產生的滲流作用于建筑物基底截面或其他截面的力（等于浮托力與滲透壓力之和）。建筑物及其地基內的滲水，對某一水平計算截面的浮托力與滲透壓力之和。
浮托力與滲透壓力之和即為揚壓力，γw×h下×A+i×γw。
當上、下游水位相等時，無滲透壓力，此時揚壓力等于浮托力，其大小等于γw×h×A，與建筑物的形狀無關，只與底面積有關。
浮力：
在重力場中，流體中的物體由于和周圍流體的密度差而受到的垂直向上的力。
展開 邊坡滑坡穩定性分析及治理，圖文并茂
動水壓力（或滲透力）
當地下水在土體或碎裂巖體中流動時，受到土顆粒或巖石碎塊的阻力，水要流動就得對它們施加作用力以克服它們對水的阻力，這種作用力稱為動水壓力或滲透力。動水壓力作用方向與滲透方向一致。動水壓力用D表示：
動水壓力是一種體積力，其方向與水流方向一致。在計算土邊坡和散體結構的巖石邊坡時，要考慮動水壓力的作用。
水對某些巖石的軟化作用：
某些粘土質巖石浸水后發生軟化作用，巖石強度顯著降低，如含有大量蒙脫石粘土礦物巖體或邊坡中的泥質軟弱夾層等。對于主要是由堅硬的巖漿巖、變質巖構成的邊坡巖體，水的軟化作用一般不顯著，但這些邊坡的斷層破碎帶中常有大量粘十質充填物存在，在研究這些斷裂而的強度和穩定性時，要特別注意水對這些巖石的軟化作用。
4）爆破震動
露天礦爆破產生的地震波，給潛在破壞面施以額外的動應力，可使巖石節理面張開，甚至使巖石破碎，促使邊坡破壞，在邊坡穩定分析中必須考慮此附加外應力。
專門研究表明，爆破震動對巖體造成的損害取決于巖體質點振動速度的大小。質點振動速度的影響可用下列臨界速度估計：
≤25.4cm/s——完整巖體不破壞
25.4~2～61cm/s——巖體出現少量剝落
61～254cm/s——發牛強烈拉伸和徑向裂隙
＞254cm/s——巖體完全破碎
5）其他因素
邊坡幾何形狀
當邊坡向采場凸出時，巖體側向受拉力，由于巖體抗拉能力淮低，此時邊坡穩定條件差；當邊坡向采場凹進時，邊坡巖體側向受壓，邊坡比較穩定。
風化作用
風化作用可使邊坡巖體隨時間推移不斷產生破壞而失穩。
展開 Fluent中的氣動聲學模型
在許多涉及近場聲音的情況下，聲音（或偽聲音）主要是由于局部動水壓力，可以以合理的成本和精度預測。
由于在這種方法中聲音傳播是直接求解的，所以通常需要求解可壓縮形式的控制方程（例如，可壓縮的RANS方程，可壓縮形式的LES濾波方程）。只有在低亞音速流動和近場接收器主要感知局部動水壓力波動（即偽聲）的情況下，才能使用不可壓縮流動公式。但是這種不可壓縮的處理也無法模擬共振和反饋現象。
2、Ffowcs Williams-Hawkings積分方法
對于中場到遠場噪聲的預測，基于Lighthill聲類比方法為直接方法提供了可行的替代方案。該方法利用非定常RANS方程、DES、SAS、SDES、SBES或LES等控制方程得到的近場流動，借助波動方程的解析積分解來預測聲音。聲學類比本質上把聲音的傳播與其產生分離開來，使人們能夠將流動求解過程與聲學分析分離開來。
ANSYS FLUENT提供了一種基于FWOWCS Williams and Hawkings（FW-H）公式的方法。FW-H公式采用了Lighthill聲類比的通用形式，能夠預測單極子、偶極子和四極子等等效聲源所產生的聲音。FLUENT采用時域積分公式，通過計算幾個表面積分，直接計算出指定接收位置的聲壓或聲信號的時間歷程。
流場變量（如聲源面的壓力、速度分量和密度等）的時間精確解是計算表面積分的必要條件。時間精確解可以從非定常RANS方程、大渦模擬(LES)或混合RANS-LES模型中獲得，以適用于手頭的流動和想要捕捉的特征（如渦脫落）。聲源面不僅可以放置在不透水的壁面上，還可以放置在內部（滲透）面上，這使得能夠考慮聲源面所包圍的四極子的貢獻。
展開 
救生艇高空滑落入水流固耦合計算以及安全性能評估
救生艇高空滑落入水流固耦合計算以及安全性能評估
本文檔采用LS-DYNA對救生艇高空滑落入水問題進行數值分析。滑落入水問題的難點主要表現在如下三個方面：
（1）大變形流體區域的有限元描述；
（2）真實變形救生艇的有限元描述；
（3）結構與流場的流固耦合處理。
本文采用歐拉算法描述大變形的流體區域，結構采用拉格朗日算法進行描述，結構和流場之間的耦合方式為基于罰函數的接觸類方法。本文檔首先簡單的介紹了救生艇高空滑落背景和數值計算核心的設置。接著給出了動水壓力載荷作用下復合材料救生艇的動力學響應，并對復合材料結構入水的安全性能進行評估。
關鍵字：流固耦合，復合材料，救生艇，歐拉，拉格朗日
救生艇高處滑落入水流固耦合計算以及安全性能評估（技術鄰 藍牙）.pdf
展開 壓力水管 - 水電站的“動脈血管”
壓力水管是指從水庫或水電站平水建筑物（壓力前池或調壓室）向水輪機輸送水量的管道。它是水電站的重要組成部分，其特點是坡度陡，內水壓力大，靠近廠房，且承受水擊的動水壓力。故又稱為高壓管道或高壓水管。
壓力水管道的功用是輸送水能。可以說壓力鋼管就相當于水電站的“動脈血管”。
一、壓力水管的結構形式
按結構、材料、管道布置及周圍介質的不同，壓力水管的結構形式也不同。
（一）壩體壓力水管
1、壩內埋管
埋設在壩體混凝土中的壓力管道稱為壩內埋管，常采用鋼管，布置形式有：
斜式
平式
豎井式
2、壩后背管
壩內埋管的安裝與大壩施工干擾較大，且影響壩體強度。為此，可使鋼管穿過上部壩體后布置在下游壩坡上，成為壩后背管。
（二）地面壓力管道
引水式地面廠房的壓力管道通常沿山坡脊線露天敷設成地面壓力管道，稱為明管，又稱露天式壓力水管。
根據管道材料不同，常有以下兩種：
1、鋼管
2、鋼筋混凝土管
（三）地下壓力管道
當地形地質條件不宜布置成明管或電站布置在地下時，往往將壓力管道布置在地面以下成為地下壓力管道，地下壓力管道有地下埋管和回填管兩種。
二、壓力水管向水輪機的供水方式
1、單獨供水：一根壓力水管只向一臺機組供水，即單管單機供水。
2、聯合供水：由一根總管在末端分岔后向電站所有機組供水。
3、分組供水
每根主管在末端分岔后向兩臺或兩臺以上機組供水，即多管多機供水。
無論采用聯合供水或者分組供水，與每根水管相連的機組臺數一般不宜超過4臺。
三、壓力水管進入水電站廠房的進水方式
壓力水管的軸線與廠房的相對方向可以采用正向、側向或斜向的布置。
正向進水
側向進水
斜向進水
文章來源：草根水利
展開 【CAE案例】抗震預測
案例介紹
水壩發生地震時，由于地震慣性力突然增加，水庫大壩在內部（壩體結構本身）與外部（庫水的動水壓力）各種作用力的作用下，大壩壩體將發生變形、壩基也將產生相對位移或不同期位移。土壩可能產生的主要損壞有：裂縫、滑坡、防浪墻與混凝土建筑物的破壞等。在水庫水位較高的情況下，如果不及時搶護，短時間內就會發生潰壩，造成巨大損失。因此，掌握地震時水壩的壓力分布，對于評估水壩安全性、防止塌壩等災害的發生具有重大意義。
02. 模擬過程
常規的模擬方法是將流體壓力計算入水壩的等效質量中，同時將與水壩接觸的土地視為剛性物體，不考慮大地在地震時的位移。這樣計算方法簡單，但結果往往較實際偏差較大。在本文中，我們利用SALOME_MECA，采取邊界元與有限元耦合法，考慮流體、水壩、土地之間的相互作用，模擬地震時三者的動態變化、水壩壓力分布情況，并用實驗取得的數據對比模擬結果，可以看出新型算法的模擬曲線很好的貼合了實際曲線，也再次檢驗了SALOME_MECA強大而準確的數值模擬能力。
建模幾何示意圖
建模網格示意圖
03. 模擬結果展示
模擬結果如下圖所示，藍色為模擬曲線，紅色為實際曲線。可以看到，常規算法的曲線在4到6赫茲區間時偏差很大，而新型算法的曲線始終保持與實際曲線較好的貼合度，結果更為真實、準確。
圖一 常規算法與實際曲線對比
圖二 新型算法與實際曲線對比
將模擬的震時水壩最大承壓值（圖中紅色區域）與水壩極限承壓值相比較，即可預測地震時水壩的安全性，并為水壩的設計、改造提供理論依據。由下圖可知，使用常規算法，地震時水壩承壓值最大增加1.4兆帕，而新型算法算得只會增加0.57兆帕。因此使用常規法模擬并設計水壩時，對水壩的承壓能力要求過高，雖然保證水壩的安全性，但無疑增加了不必要的材料費用。
展開 【轉載】某水電站進水口地震時程分析，附INP，個人覺得挺不錯的
以下為摘錄《XX水電站抗震專題報告》一節，貢大家參考，多多交流。
FGC-30S4.txt
離散塔身，對進口段使用三維實體單元整體建模，模型示意圖見插圖X-7，主要參數：順水流方向（X軸）長30.0m，上游邊界23.4m，下游邊界23.4m，塔體總高86.0m，模型節點總數11426個，C3D8R（為獲得時間與精度的平衡而選用）單元總數8912個。
1) 計算荷載和計算工況
① 主要考慮的荷載有：自重荷載、正常蓄水位水壓力、地震加速度。
② 計算工況與分析時序相同，共三個工況：工程完建工況(自重荷載施加)→正常蓄水工況(靜水壓力施加)→正常蓄水+地震工況(動水壓力施加和地震加速度施加)。
2) 地震波輸入
計算地震波輸入采用地震安評報告所提供的閘址(基巖)場地譜人工合成的地震波，概率水平為50年超越概率10%，地震波時程見插圖X-X。
計算時，在模擬岸塔式進口施工完成及蓄水過程的基礎上，假定運行期某一時刻發生地震，同時輸入順水流向、垂直水流向和豎直向地震曲線，本次計算將No.1、No.2分別作為順水流向和垂直水流向輸入，No.3作為豎向輸入。并將豎直向峰值加速度調整為水平向的2/3倍，即順水流向、垂直水流向、豎向的峰值加速度分別為100cm/s2、100cm/s2、66.7cm/s2。
4) 計算成果及分析
① 位移成果：
蓄水期閘頂(相對于閘基巖)順水流方向的水平位移為-1.1mm，蓄水+地震工況下最大水平位移達15.0mm，見插圖X-8。蓄水期閘頂沉降2.9mm，蓄水+地震工況下沉4.8mm，增加沉降約1.9mm，見插圖X-9。
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midas一直秉承致力于用”技術創造幸福”，也希望在產品上能把通用的有限元技術結合不同的專業打造“通用+專業”，通過聆聽大家的聲音，每年不斷的對產品進行優化，用產品+服務，來實現易學，易用，落實我們的企業價值理念。希望在未來，midas CFD能幫大家在降本增效上、產品研發上，不僅實現安全性和經濟性，更能給企業帶來更高的競爭力。我們江湖見~
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2022年12月
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展開 救生艇高空滑落入水流固耦合計算以及安全性能評估
摘要：
本文檔采用LS-DYNA對救生艇高空滑落入水問題進行數值分析。滑落入水問題的難點主要表現在如下三個方面：（1）大變形流體區域的有限元描述；（2）真實變形救生艇的有限元描述；（3）結構與流場的流固耦合處理。本文采用歐拉算法描述大變形的流體區域，結構采用拉格朗日算法進行描述，結構和流場之間的耦合方式為基于罰函數的接觸類方法。
本文檔首先簡單的介紹了救生艇高空滑落背景和數值計算核心的設置。接著給出了動水壓力載荷作用下復合材料救生艇的動力學響應，并對復合材料結構入水的安全性能進行評估。
1. 救生艇高空滑落的背景
本文檔的背景為：復合材料救生艇從船舶或者海洋平臺上滑落，復合材料救生艇以一定的傾角，一定的速度撞擊水面，圖1和圖2所示。復合材料救生艇在水動沖擊載荷的作用下，結構將發生變形。過高的水動沖擊載荷將導致救生艇發生破壞，危及到乘員的生命安全。
動力學沖擊載荷作用下的結構安全是現代船舶設計最需要考慮的問題。復合材料救生艇的動力學響應以及結構安全性能評估異常復雜，這主要是由沖擊區域流體高度變形特性以及變形結構和流體區域之間的流固耦合方式所決定的。如何描述和求解流體與可變形界面耦合問題都是一個非常具有挑戰性的課題。
針對救生艇入水這一具體問題，目前主要的流體-結構耦合處理方法主要包括：
1) 傳統拉格朗日接觸方法;
2) 自適應歐拉網格(Adaptive Eulerian Mesh)邊界方法;
3) 水平集方法（ Lever Set Mothod）；
4) 基于光滑粒子流體動力學（ Smooth Particle Hydrodynamics, SPH）的“核函數”耦合方法;
5) 基于拉格朗日-歐拉算法的“罰函數” 接觸方法;
上述方法的各有優缺點，不是寫科技論文，僅對將要采用的方法進行簡單的介紹，其它的方法就此略過。
展開 EREDOS項目：涵蓋水道流場數值模擬
圖9 模擬結果（~ 120 m3/s）
圖10 隧道上游流量曲線（~ 120 m3/s）
結構的水力應力
利用3D CFD模型可以仿真結果中提取許多與結構水力應力評估相關的參數，例如動水壓力、剪應力以及能量耗散等。
這些輸出結果有助于診斷現有結構的穩定性，并為可能的加固工程提供設計依據。它們可作為結構分析的輸入數據。
在所關注的流況中，壓力流和自由表面流交替出現，需要注意可能會觀察到振蕩現象，導致壁面上出現凹陷，這可能會造成不利影響。
下圖顯示水力結構上壓力作用的仿真結果類型。
圖11 結構上的壓力
圖12 結構上的能量耗散
結論
高精準度3D掃描數據作為基礎，利用先進的建模工具如 FLOW-3D HYDRO 可進行復雜流況的3D CFD模擬。研究結果包含流量曲線、詳細的流動狀況，以及周邊基礎設施上的壓力條件。
展開 
堤防大壩設計，七大要點！
一、主要荷載
根據《水工建筑物荷載設計規范》，水工建筑物的荷載按作用隨時間的變異性，可分為永久作用荷載、可變作用荷載和偶然作用荷載。
1.永久作用荷載：包括結構自重和永久設各自重、土壓力、淤沙壓力、地應力、圍巖壓力、預應力。
2.可變作用荷載：包括靜水壓力、揚壓力、動水壓力、水錘壓力、浪壓力、外水壓力、風荷載、雪荷載、冰壓力、凍脹力、溫度荷載、土壤孔隙水壓力、灌漿壓力等。
3.偶然作用荷載：包括地震作用、校核洪水位時的靜水壓力、揚壓力、浪壓力及水重等。
水工建筑物設計時，首先要計算建筑物上所承受的荷載，然后再進行荷載組合，以及進行抗滑穩定分析、應力分析、滲流計算、沉降計算、應力應變計算和抗震設計等。
二、抗滑穩定分析析
在各種荷載組合情況下，水工建筑物都應保持其穩定。穩定分析是水工建筑物設計的一項重要內容。目前水工建筑物的穩定分析采用整體宏觀的半經驗法。
例如，一般重力壩失穩發生在壩底與基巖的接觸面，因為此處受庫水壓力最大，壩底混凝土與巖基不易完全接觸好，或者混凝土凝固收縮和溫度收縮時，接觸面產生局部的微小裂縫。
展開 梅大高速路面塌方令人痛心，從仿真角度淺談降雨對邊坡穩定性的影響
當降雨強度小于邊坡土體滲透速度時, 雨水很容易滲流到土體深部直接補給地下水，邊坡處于穩定狀態。當降雨強度大于邊坡土體速度時, 一方面淺層土體迅速達到暫態飽和，坡面形成地表徑流，對坡面造成沖刷；另一方面雨水滲透到內部，土體的含水量不斷增大，引起邊坡滲流場的變化，并產生一定的滲流力，同時作用在土體上的動水荷載和靜水荷載也增大，土體抗剪強度降低，使邊坡的穩定性降低，甚至導致邊坡產生滑動破壞。
實際工程中，邊坡一般為非飽和土體邊坡。基于非飽和土土力學理論，降雨影響邊坡穩定性及誘發邊坡失穩的機理主要有以下四個方面[5]：
（1）雨水入滲引起基質吸力降低。非飽和土內的吸力會因外界入滲和蒸發的作用而重新分布。降雨入滲使邊坡非飽和帶土體的吸力降低，產生暫態飽和，土體達到塑性狀態，有效凝聚力和有效內摩擦角大幅下降。降雨強度愈均勻，持續時間愈長，邊坡穩定性安全系數愈低，這是造成突發性滑坡的根本原因。
圖 3 降雨導致非飽和土基質吸力的變化
（2）雨水導致邊坡土體軟化：降雨后，地下水位升高，水力坡度增大，造成滲透壓力的改變， 同時土體浸濕軟化（強度軟化和應變軟化），導致邊坡穩定性降低。
（3）地下水位的上升。一方面地下水滲流過程對土顆粒施加壓力，同時可使粒間易溶的膠結物流失，使顆粒間的粘聚力和內摩擦系數降低。另一方面，坡體的動水壓力和靜水壓力增大，在基巖風化面或隔水的各種黏土層處形成軟弱滑動面，促使和加速滑坡體的滑動。而對于砂土，水位上升導致的孔隙水壓力的突然增大，有可能引起土體的液化。這都會使邊坡穩定性大幅降低。
（4）降雨對邊坡坡面沖蝕。當降雨強度大于入滲強度時，坡面會產生下流水力沖刷。沖蝕導致邊坡失穩的機理為：濺蝕—面蝕—細溝沖蝕—淺溝沖蝕—崩塌—滑坡。降雨及其形成的坡面流是沖蝕的動力來源。
展開 抗滑樁類型、設計及計算，這樣講解容易多了吧！
基本力系包括滑體自重Wi、上一條塊傳遞來的剩余下滑力Ei-1、下一條塊產生的支撐力Ei、滑床反力Ni、滑面的抗滑力Ti；
特殊作用力系只有在可能出現的情況下，才列入計算，其主要包括作用在條塊上的外部荷載Pi、動水壓力Di (滑體飽水或其下部飽水且與滑帶水相連通時考慮)、滑床上產生的浮托力Si、滑頭水系有壓力水頭時的浮托力Si’ 及地震力Esi等。
3) 各作用力的計算
4) 通過加大下滑力計算
5) 通過折減抗滑力計算(推薦)
05
滑坡推力計算
計算滑坡推力時，首先根據試驗資料、經驗數據等進行綜合分析，擬定各條塊滑面的ci、φi值，或整個滑面的平均c、φ值，令F=1，依次計算各條塊的剩余下滑力，并要求滑坡前緣出口的剩余下滑力等于或趨近于零。若不為零，則需調整c、φ值，重復計算，直至等于或趨近于零為止，即反算求得c、φ值，如曲線a，進而綜合確定滑面(帶)的強度指標。
其次，根據工程要求，選定安全系數F，再重新計算各條塊的剩余下滑力，即為設計下滑力，如曲線b。滑坡前緣出口處的最終不平衡下滑力 ，其為抗滑樁設計的主要依據之一。最后，根據選定的樁位、樁間距，計算作用在每根樁上的滑坡推力。
展開 抗滑樁類型、設計及計算，這樣講解容易多了吧！
基本力系包括滑體自重Wi、上一條塊傳遞來的剩余下滑力Ei-1、下一條塊產生的支撐力Ei、滑床反力Ni、滑面的抗滑力Ti；
特殊作用力系只有在可能出現的情況下，才列入計算，其主要包括作用在條塊上的外部荷載Pi、動水壓力Di (滑體飽水或其下部飽水且與滑帶水相連通時考慮)、滑床上產生的浮托力Si、滑頭水系有壓力水頭時的浮托力Si’ 及地震力Esi等。
3) 各作用力的計算
4) 通過加大下滑力計算
5) 通過折減抗滑力計算(推薦)
05
滑坡推力計算
計算滑坡推力時，首先根據試驗資料、經驗數據等進行綜合分析，擬定各條塊滑面的ci、φi值，或整個滑面的平均c、φ值，令F=1，依次計算各條塊的剩余下滑力，并要求滑坡前緣出口的剩余下滑力等于或趨近于零。若不為零，則需調整c、φ值，重復計算，直至等于或趨近于零為止，即反算求得c、φ值，如曲線a，進而綜合確定滑面(帶)的強度指標。
其次，根據工程要求，選定安全系數F，再重新計算各條塊的剩余下滑力，即為設計下滑力，如曲線b。滑坡前緣出口處的最終不平衡下滑力 ，其為抗滑樁設計的主要依據之一。最后，根據選定的樁位、樁間距，計算作用在每根樁上的滑坡推力。
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