浮體的案例
【CFD數值模擬算例】水面浮體（浮式風電塔）與波浪的流固耦合動力響應數值模擬
物理模型: 描述波浪、浮體和流體（水）之間的相互作用。這需要考慮流體力學、彈性力學和動力學。
2、波浪模擬
使用譜分析方法或其他波浪生成技術，模擬實際海洋環境中的波浪。
調整波浪參數，如波高、波長、周期等，以匹配實際條件。
3、流固耦合分析
設置浮體與流體之間的交互邊界條件。這通常涉及到動網格技術，以適應浮體的運動。
應用合適的數值方法，如有限元法(FEM)或有限體積法(FVM)，解決流固耦合方程。
4、動力響應計算
求解浮體的運動方程，得到其位置、速度和加速度隨時間的變化。
分析浮體的動力響應，包括振幅、頻率和響應譜等。
5、結果可視化與驗證
使用可視化工具，展示浮體的運動軌跡、波浪形態和流體動力變化。
通過與實驗數據或其他可靠來源的對比，驗證模擬結果的準確性。
6、參數化與優化
改變浮體的幾何參數、材料屬性或運行條件，觀察其對動力響應的影響。
基于數值模擬結果，提出浮式風電塔設計的優化建議。
7、模擬報告與文檔
編寫詳細的模擬報告，記錄模型設置、方法、結果和結論。
整理相關的文檔和腳本，確保模擬過程可重復和可追溯。
通過這些步驟，可以對水面浮體（如浮式風電塔）與波浪的流固耦合動力響應進行詳細的數值模擬，以支持工程設計和決策。
文章內容轉自：“云數仿真”公眾號
展開 基于ADINA的浮體結構頻率分析
菜單：Model>Materials>Manage Materials>Others>Potential-based Fluid 圖標：
注：材料2為勢流體的材料,浮體的密度是液體密度的0.5倍，在做幾何模型時,浮體的吃水線恰好在高度1/2的位置。
定義自由液面邊界條件
菜單：Model>Materials>Manage Materials>Others>Potential-based Fluid
注：對于浮體結構的模態分析必須用自由液面條件。
定義重力荷載
菜單：Model>Loading>Apply 圖標：
定義單元組
菜單：Meshing>Element Group 定義浮體單元組1，類型為3D-Solid。
菜單：Meshing>Element Group 定義流體單元組2，類型為3D-Fluid。
劃分單元
菜單：Meshing>Create Mesh>Volume 生成浮體單元。
菜單：Meshing>Create Mesh>Volume 生成勢流體單元。
注：劃分網格的體包括Volume1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，15，16，17，18。
定義模型控制參數
在ADINA模塊選擇區的子功能區選擇模態分析：
單擊圖標，設置要求解的模態階數。
顯示圖形
保存命令流文件
單擊Save ，保存為BUOY.in文件。
生成求解文件,并計算
菜單：Solution>Data File/Run 圖標：
后處理
圖中顯示了第10階和第20階模態。
BUOY.rar
展開 VOF算法的浮體入水過程的數值模擬 ￥499
浮體首先自由下落，流體浮力和粘性阻力在接觸液體后逐漸增大，加速度隨之減小，速度增加變緩，當浮力與粘性阻力之和等于重力時，加速度等于零，達到最大下降速度，之后開始減小，直至減小到零，達到最大入水深度；接著物體緩慢上升，粘性阻力改變方向，當再次接觸到液面后，浮力減小，速度增加變緩，當浮力等于重力與粘性阻力之和時，達到最大上升速度，之后開始減小，直至減小到零，達到最大上升高度。浮體重復上述運動過程，且由于流體粘性，幅度逐漸衰減。
STAR-CCM+系泊問題：漂浮式海洋牧場養殖裝置系泊系統設計
結合運動學邊界條件、動力學條件、遠場邊界條件以及物體表面邊界條件，最終得到總速度勢定解條件，見式（2），
其中：n為物面法向量；i為虛數單位；g為重力加速度；k為波數，滿足k=ω2/g；vn為浮體濕表面S0的法向速度；ω為波浪頻率。
式（2）為速度勢的定解條件，入射波的速度勢已知后，即可求得輻射速度勢和繞射速度勢。將浮體所受波浪力分成3種力，即入射、繞射和輻射，而入射波浪力與繞射波浪力構成波浪激勵力。通過所得輻射勢和繞射勢，求解浮體的波浪力，進而建立浮體的頻域運動方程，見式（3）。
式（3）中：m為浮體質量；λa為額外阻尼系數；μij為附加質量；λij為輻射阻尼；K為靜水回復系數；Ka為額外剛度系數；xi為浮體的位移；F為波浪激勵力。
之后將浮體的頻域運動方程轉換為時域運動方程。當浮體進行六自由度微幅運動時，可以把運動看成一系列脈沖運動。將浮體周圍的速度勢進行疊加求解。浮體運動下，流體輻射勢可以表示為
式中：xj(t) 為浮體在j方向運動的速度或者是角速度；ψj為浮體單位脈沖運動產生的速度勢，且在j方向上；χj為浮體做單位脈沖運動后t時刻的速度勢。
通過伯努利方程求得浮體表面動壓力并進行濕表面積分，得到浮體輻射水動力和力矩：
式中：mij為附加質量矩陣；Kij為延遲函數；Xj(t)為浮體在j方向運動的加速度或者是角加速度。進而推導出時域運動方程表達式為
式中：Xi(t)為第i個自由度上的波浪激勵力；Cij為浮體靜水回復力矩陣；Mij慣性矩陣。通過對式（6）換元得到：
在求解時域運動方程前課通過面元法，獲得浮體的頻域水動力系數。
展開 
ANSYS AQWA系泊分析：漂浮式海洋牧場養殖裝置系泊系統設計
結合運動學邊界條件、動力學條件、遠場邊界條件以及物體表面邊界條件，最終得到總速度勢定解條件，見式（2），
其中：n為物面法向量；i為虛數單位；g為重力加速度；k為波數，滿足k=ω2/g；vn為浮體濕表面S0的法向速度；ω為波浪頻率。
式（2）為速度勢的定解條件，入射波的速度勢已知后，即可求得輻射速度勢和繞射速度勢。將浮體所受波浪力分成3種力，即入射、繞射和輻射，而入射波浪力與繞射波浪力構成波浪激勵力。通過所得輻射勢和繞射勢，求解浮體的波浪力，進而建立浮體的頻域運動方程，見式（3）。
式（3）中：m為浮體質量；λa為額外阻尼系數；μij為附加質量；λij為輻射阻尼；K為靜水回復系數；Ka為額外剛度系數；xi為浮體的位移；F為波浪激勵力。
之后將浮體的頻域運動方程轉換為時域運動方程。當浮體進行六自由度微幅運動時，可以把運動看成一系列脈沖運動。將浮體周圍的速度勢進行疊加求解。浮體運動下，流體輻射勢可以表示為
式中：xj(t) 為浮體在j方向運動的速度或者是角速度；ψj為浮體單位脈沖運動產生的速度勢，且在j方向上；χj為浮體做單位脈沖運動后t時刻的速度勢。
通過伯努利方程求得浮體表面動壓力并進行濕表面積分，得到浮體輻射水動力和力矩：
式中：mij為附加質量矩陣；Kij為延遲函數；Xj(t)為浮體在j方向運動的加速度或者是角加速度。進而推導出時域運動方程表達式為
式中：Xi(t)為第i個自由度上的波浪激勵力；Cij為浮體靜水回復力矩陣；Mij慣性矩陣。通過對式（6）換元得到：
在求解時域運動方程前課通過面元法，獲得浮體的頻域水動力系數。
展開 國內第一本關于ansys aqwa 的書籍出版了
希望通過本書，能夠使初步接觸海洋工程浮體分析以及初次接觸AQWA軟件的朋友們能夠建立起浮體分析的基本概念與分析思路，快速地掌握軟件操作以及分析浮體問題的方法。
目前本書已經陸續上市，歡迎關注。
基于AQWA的圓筒型浮式防波堤波浪運動響應分析（上）
1.2 輻射繞射理論
繞射力是指浮體對入射波的反作用力，輻射力是因浮體本身運動產生波浪從而使物體受到的力[15]。波浪在遇到障礙物阻隔后會產生復雜的繞射現象，而浮體在發生橫搖等運動時會出現參數復雜的輻射現象。輻射繞射理論由于過于復雜，目前對其理論分析主要使用小參數ε的冪級數，將總速度勢表達如式(3):
式中：φI表示入射波經防波堤前的速度勢；φD表示入射波經防波堤后產生的繞射速度勢；φR表示防波堤在橫搖運動中產生的輻射運動勢；w為搖蕩運動頻率； t為時間。
2 數值模型
2.1 浮式防波堤模型設計
本圓筒型浮式防波堤為浮筒帶隔板式浮式防波堤，主體長度為30 m, 寬度為20 m, 高度為8 m, 吃水為4 m, 布置于港灣的迎浪方向。主體結構由兩個空心圓柱型浮筒和5個消波橫撐構成。消波橫撐長度為12 m, 寬度為2 m, 高度為8 m, 5個消波橫撐均位于兩浮筒之間。消波橫撐將兩浮筒連接為一個整體，能減輕結構的總體重量和減小橫搖運動的幅度。浮體結構內部也設置數道艙壁，艙壁設置能減少浮體表面邊緣的質量分布，減少浮筒及消波橫撐壁厚，從而減小防波堤橫搖及縱搖慣性矩，加強結構安全性。本浮式防波堤主體結構主要參數如表1;本圓筒型浮式防波堤模型如圖1;浮筒和橫撐幾何尺寸示意如圖2。
展開 【8月18-19日 上海/北京】船舶與海洋工程水動力分析入門與提高線下專題課
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招聘工程師，月入5萬 | 漂浮式結構基礎 / 海上樁基礎設計與仿真研究等方向
任職資格：
1、具備漂浮式基礎浮體主尺度規劃(scantling)、浮體總體局部結構屈服、屈曲疲勞分析的能力；
2、參與過兩個以上大型海工浮浮體項目。
海上樁基礎設計與仿真研究工程師
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1. 海上風電大直徑單樁基礎研究與設計；
2. 吸力筒基礎、漂浮式基礎的樁錨研究與設計；
3. 對陸上風機基礎結構有創新構思和研究能力；
4. 樁-土相互作用研究和分析，包括仿真計算和試驗。
任職資格：
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4、掌握設計及分析計算軟件，如：ABAQUS，ANSYS、Midas GT、SACS等。具備3年及以上海上風電、巖土工程和樁基礎設計經驗或技術研究經驗。
簡歷投遞：hr@jishulink.com
或掃碼聯系：王女士
展開 什么是水力學？？
水靜力學
主要研究液體靜止或相對靜止狀態下的力學規律及其應用，探討液體內部壓強分布，液體對固體接觸面的壓力，液體對浮體和潛體的浮力及浮體的穩定性，以解決蓄水容器，輸水管渠，擋水構筑物，沉浮于水中的構筑物，如水池、水箱、水管、閘門、堤壩、船舶等的靜力荷載計算問題。
水動力學
主要研究液體運動狀態下的力學規律及其應用，探討管流、明渠流、堰流、孔口流、射流多孔介質滲流的流動規律，以及流速、流量、水深、壓力、水工建筑物結構的計算，以解決給水排水、道路橋涵、農田排灌、水力發電、防洪除澇、河道整治及港口工程中的水力學問題。
水力學方法
1.對原型流動進行系統的觀察和測定，從原始數據中尋求流動規律，是水力學研究的最可靠的方法。它是水力學的精髓，也是水利研究的基本原則。
2.可在實驗室根據力學相似原理，找出影響流動的主要作用力，選用相應的模型律，以縮小的比例尺在模型上近似地重現和原型成一定比例的流動，根據模型流動的測定，估算原型流動的狀態和各種參數，是數理分析和實驗分析的重要補充，它是以白金漢提出的定理為依據，使有因次方程無因次化。這種方法，可以稱為試驗法或實踐法。
水力學基本量
水力學的基本量是長度、時間和質量。
理論法：
獨立因次的數目為三，用無因次方程代替有因次方程可以使變量減少三個，這在實驗分析中，可大量地減少實驗次數加速實驗進程。在理論分析中，可以更合理地提出變量關系式。
數值模擬法：
當研究對象過于復雜、控制方程非線性、邊界條件不規則，利用現有的數學力學方法難以得出解析解時，可以建立數值模型，編制程序，通過計算機運算得出數字結果或圖線。
水力學歷史
公元前400余年，中國墨翟在《墨經》中，已有了浮力與排液體積之間關系的設想。公元前250年，阿基米德在《論浮體》中，闡明了浮體和潛體的有效重力計算方法。
展開 振蕩水柱波浪能發電技術研究進展
2.2.2 振蕩型OWC
振蕩型OWC可位于遠海海域, 整個浮體參與波浪能的俘獲, 屬于振蕩單浮體也可歸為振蕩浮子技術, 浮體隨著波浪運動, 其氣室內的水柱由于受波浪影響小以及受到慣性的作用, 導致水柱與浮體產生相對運動從而將波浪能轉換成氣室內氣體的氣動能, 接著通過能量攝取（power take-off, PTO）系統將氣體的動能轉換成電能[21, 22]。
在1987年益田善雄提出后彎管技術之前, 研究人員先設計了管道開口面朝入射波的裝置, 但是在測試實驗模型時, 發現前彎管的轉換效率并不理想, 后來發現后彎管的設計能獲得更好的性能[23]。后彎管由一個L形導管、一個浮力室、一個氣室和一個PTO系統組成（圖6）[24], 海水淹沒下方的管道, 管道開口背向入射波。后彎管裝置的縱蕩、垂蕩和縱搖運動以及水柱相對運動形成多自由度共振響應, 擴大了有效轉換的波周期范圍[25], 使得后彎管在較寬的周期范圍內具有高捕獲寬度比（capture width ratio, CWR）。WU等[26]設計測試的BBDB波浪動力船利用單一結構的縱蕩、垂蕩和縱搖運動來捕獲波浪能, 具有很高的CWR和很高的材料利用率, 在同等規模下, BBDB波浪動力船的建造費用約為“ 巨鯨” 號的三分之一（圖7）。
中心管最早出現在1885年的吹氣式航標燈上, 如圖8（a）所示。1947年日本人益田善雄發明了第一個基于中心管OWC原理的導航航標燈。圖8（b）即為當時基于OWC原理生產的浦賀航標燈。其成本和穩定性都達到了商用標準, 該設備還設有自我保護裝置和充放電池, 當產出的電能超過使用量時就被儲存在電池內以備不時之需。雖然這些裝置額定功率只有60 W, 只能滿足一只航標燈的用電需求, 但其為最早實現商品化的波浪發電裝置[27]。
展開 
S-ALE流固耦合結果奇怪，求大佬答疑
做的系泊浮體自由漂浮，出現浮體在水面波動很大的問題，能怎么解決？R13版本
abaqus漂浮模擬 ￥10
</p><p><br></p><p>以漂浮體為例，用戶可定義流體域（水）為歐拉材料，固體域（浮體）為拉格朗日網格，設置界面耦合條件。分析時，軟件求解流體動力（如波浪力）與結構響應（如位移、應力），評估穩定性及耐波性。此類仿真可優化浮體設計，提高安全性與性能，為海洋工程提供關鍵技術支持。</p><p><br></p><p>另外借助abaqus的流固耦合功能和子程序，還可以實現造波分析。另外，lsdyna最新的FSI算法，采用SALE構建結構化網格可以實現快速計算，同樣可以作出造波效果，后面我會更新相關的案例。</p><p><br></p><p>以下為本案例的效果圖：</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202504/attachment/b58759ade535434794ad4ca2319611ae.gif" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202504/attachment/b58759ade535434794ad4ca2319611ae.gif" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202504/attachment/b58759ade535434794ad4ca2319611ae.gif?
展開 OpenFOAM-v1706中重疊網格的網格操作流程
$WM_PROJECT_DIR/bin/tools/RunFunctions
# Set application name
application=`getApplication`
runApplication blockMesh #blockMesh定義了重疊區域
runApplication topoSet #topoSet定義了浮體的形狀和位置的Cell 重疊域為除去浮體內部的所有Cell
runApplication subsetMesh -overwrite c0 -patch floatingObject #對c0域添加邊界名字為floatingOject
# ----------------------------------------------------------------- end-of-file
Allrun.pre IN background
#!/bin/sh
cd ${0%/*} || exit 1 # Run from this directory
.
展開 【數值仿真】海上浮式風力機動力響應分析與數值仿真關鍵技術研究
水動力載荷的分析則主要基于三維勢流理論,采用海洋工程領域常用的水動力分析軟件求解浮體水動力系數,進而進行時域水動力分析。由于三維勢流理論無法考慮浮體的黏性效應,軟件采用Morison方程的拖曳項模擬浮式風力機的黏性阻尼。
浮式風力機系統結構形式復雜,既包括了葉片、塔柱和傳動軸等柔性構件,又包括了機艙和浮式基礎等剛性結構。因此,不同數值仿真軟件對于浮式風力機系統結構動力學模型的建立區別較大。目前,對于浮式風力機整體結構采用的建模方法主要有多體方法和有限元方法,對于葉片和塔柱等彈性體動力響應的求解則主要采用模態法和有限元方法。
海上浮式風力機數值仿真模型建立
本文以某浮式風力機工程項目為例,針對海上浮式風力機工程樣機在數值仿真過程中的關鍵技術進行研究。浮式風力機系統的結構形式如圖1所示,整個系統上部設置7.25MW風力發電機,底部采用四立柱半潛型浮式基礎。系泊系統的布置情況如圖2所示,在每個邊立柱的底部設置3根系泊錨鏈,采用3×3的懸鏈線式系泊。
圖1 浮式風力機結構示意圖
?
圖2 浮式風力機系泊系統布置圖
水動力模型的建立
在AQWA中建立浮式基礎的水動力模型如圖3所示。基于三維勢流理論計算浮式基礎的水動力系數,包括靜水恢復力系數、附加質量和阻尼系數以及一階和二階波浪載荷傳遞函數,其中0°入射方向下一階波浪載荷傳遞函數的計算結果如圖4所示。
圖3 浮式基礎水動力模型
圖4 波浪入射方向為0°時的一階波浪載荷傳遞函數
動力響應分析
建立海上浮式風力機數值仿真模型,計算極端停機工況下浮式風力機的運動響應。環境載荷方向的定義如圖5所示。環境參數具體數值為:50年一遇風速60m/s;有義波高12m,譜峰周期14.4s,譜峰因子2.2;表面流速2.18m/s。
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