勢流的案例
勢流科技LS-DYNA中文基礎培訓教材
勢流科技LS-DYNA中文基礎培訓教材
簡易水塔流固耦合減震分析
2、水用勢流單元，體積模量2.56GPa。
3、水缸和勢流單元節點位置協調，但并不共用節點（即一個位置兩個節點，分屬流體和水缸壁面）。兩者的流固耦合界面程序自動生成，也可以人工設置。
4、水缸和磚柱為接觸，節點不一致，摩擦系數0.5，柱子頂面為target。
5、用正弦位移波做激勵，計算了6秒，300個子步，每個子步0.02。結構部分的相對剛度很大，考慮重力作用的重啟動分析意義不大，因此直接開算，同時考慮重力。
計算心得：
1、曾經看到壇子里面有壇友提過：勢流分析時，流固兩種界面節點要連續。我覺得那是不妥的，那樣流體和結構壁面的平動自由度將完全協調，壁面上的液體是無法沿著壁面切向“滑動”的，這和實際不符合，可參考附圖。翻閱了理論手冊，手冊用了“compatible”一詞，有些含糊。我的理解應該是采用“同位流固節點”，而不是“連續流固節點”。
2、當流體和結構壁面的網格節點不同位時，程序形成的耦合界面將會“缺漏”，液體會出現穿透結構壁面的剛體運動。此時人工定義流固耦合界面也沒用，這和CFD FSI界面是不一樣的，幫助文件用了“all must be compatible”對此進行界定約束。
3、勢流單元因無粘性考慮，加之其為無旋流體，和FSI的穩流、湍流模型有差異，但是對儲液容器這類問題應該還是有很大適應性的。
4、如果考慮流體作用和容器的剛度匹配，可以通過流固耦合再現“象足效應”。
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模型網格.rar
模型幾何.rar
展開 簡易水塔流固耦合減震分析
2、水用勢流單元，體積模量2.56GPa。
3、水缸和勢流單元節點位置協調，但并不共用節點（即一個位置兩個節點，分屬流體和水缸壁面）。兩者的流固耦合界面程序自動生成，也可以人工設置。
4、水缸和磚柱為接觸，節點不一致，摩擦系數0.5，柱子頂面為target。
5、用正弦位移波做激勵，計算了6秒，300個子步，每個子步0.02。結構部分的相對剛度很大，考慮重力作用的重啟動分析意義不大，因此直接開算，同時考慮重力。
計算心得：
1、曾經看到壇子里面有壇友提過：勢流分析時，流固兩種界面節點要連續。我覺得那是不妥的，那樣流體和結構壁面的平動自由度將完全協調，壁面上的液體是無法沿著壁面切向“滑動”的，這和實際不符合，可參考附圖。翻閱了理論手冊，手冊用了“compatible”一詞，有些含糊。我的理解應該是采用“同位流固節點”，而不是“連續流固節點”。
2、當流體和結構壁面的網格節點不同位時，程序形成的耦合界面將會“缺漏”，液體會出現穿透結構壁面的剛體運動。此時人工定義流固耦合界面也沒用，這和CFD FSI界面是不一樣的，幫助文件用了“all must be compatible”對此進行界定約束。2 q6 w3 E% a" l
3、勢流單元因無粘性考慮，加之其為無旋流體，和FSI的穩流、湍流模型有差異，但是對儲液容器這類問題應該還是有很大適應性的。
4、如果考慮流體作用和容器的剛度匹配，可以通過流固耦合再現“象足效應”。
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展開 自升式海洋平臺拖航阻力計算分析
數模分析計算波浪阻力是一個基于勢流理論的平均漂移力，作為拖船選取的理論依據是可行的，但瞬時的波浪力有可能很大，要注意一些異常波浪對船和平臺的破壞，并特別注意自振周期.
2.1 CFD數值計算模型
計算步驟如下：
(1) 平臺模型按照縮尺比1∶1繪制，忽略物理模型主甲板以上組件，忽略平臺艏部、尾部存在的三樁腿開口，如圖2所示.
(2) 計算域長330 m、寬300 m、高50 m, 如圖3所示.
(3) 網格選用切割體網格單元，平臺濕表面選用面加密，平臺周圍流場采用雙層加密，并針對水體自由表面(根據不同波浪，加密范圍略有不同)和淺水水底進行單獨加密，網格總數約為316×104/485×104,如圖4所示.
(4) 湍流模型為k-ε RANS模型.
(5) 時間步長為10 ms, 內部迭代數為5.
表6所示為CFD計算結果.
圖2 數值計算模型-平臺模型
圖3 數值計算模型-計算域
圖4 CFD數值計算模型-網格
表6 CFD計算平臺在靜水和波浪中的總阻力結果統計值
2.2 勢流數值計算模型
圖5～7所示為勢流計算的模型、流體域和網格.
圖5 勢流數值計算模型(平臺模型)
圖6 勢流數值計算模型(流體域)
圖7 勢流數值計算模型(網格)
計算步驟如下：
(1) 平臺模型按照縮尺比1∶1繪制，忽略物理模型主甲板以上組件，忽略平臺艏部、尾部存在的三樁腿開口.
(2) 流體域長400 m、寬400 m、水深15 m.
(3) 網格最大尺寸為1 m, 允許的誤差大小為0.5 m, 最大計算頻率為0.545 Hz, 網格總數為 24 945.
(4) 不規則波浪采用P-M波譜.
(5) 時間步長為0.1 s.
展開 
船舶快速性、水動力學分析Shipflow?
技術特色
具備高度可擴展性，提供了豐富的參數設置和接口，方便用戶對整個求解過程進行控制，并自動生成報告方便用戶分析：
STL幾何處理和清理接口
自動報告尾跡形態、壓力分布、尾跡流場、軸向速度云圖等
MPI 并行計算
遠程計算接口
XPAN三維船體的非線性勢流計算器，可以計算船體周圍流場的波浪阻力等特性（勢流面元方法、線性或非線性自由液面邊界條件、第一或高階面元和奇異性分布、非升力勢流或升力勢流、計算波，波阻，升力，誘導阻力，淺水下沉量、縱傾和壓力分布）
XBOUND薄湍流邊界層計算程序(薄邊界層方法、動量積分方程、小型橫流逼近、層流和湍流、過渡計算）
重疊網格RANS求解器，能處理復雜的重疊網格拓撲結構（比如舵、艉軸架、軸等），算法特色包括：RANS方法、完全耦合、K-ωSST和顯式代數應力模型（EASM）、有限體積格式、淹沒邊界技術重構體網格、典型執行時間為5-15小時
典型應用
船前體波形優化（Forebody optimisation by wave pattern analysis）
球鼻船首形狀優化（Bulb shape optimisation by wave pattern analysis）
基于尾跡質量評價的船尾優化Aftbody optimisation by wake quality assessment
船首尾優化（Trim optimisation）
船配置優化（雙體船、三體船）
數值涂料試驗（Numerical paint tests - potential and limiting streamline tracing）
聲吶導流罩位置優化（Optimum positioning of sonar dome from
展開 船舶快速性、水動力學分析Shipflow介紹
技術特色
具備高度可擴展性，提供了豐富的參數設置和接口，方便用戶對整個求解過程進行控制，并自動生成報告方便用戶分析：
1、STL幾何處理和清理接口
2、自動報告尾跡形態、壓力分布、尾跡流場、軸向速度云圖等
3、MPI 并行計算
4、遠程計算接口
XPAN三維船體的非線性勢流計算器，可以計算船體周圍流場的波浪阻力等特性（勢流面元方法、線性或非線性自由液面邊界條件、第一或高階面元和奇異性分布、非升力勢流或升力勢流、計算波，波阻，升力，誘導阻力，淺水下沉量、縱傾和壓力分布）
XBOUND薄湍流邊界層計算程序(薄邊界層方法、動量積分方程、小型橫流逼近、層流和湍流、過渡計算）
重疊網格RANS求解器，能處理復雜的重疊網格拓撲結構（比如舵、艉軸架、軸等），算法特色包括：RANS方法、完全耦合、K-ωSST和顯式代數應力模型（EASM）、有限體積格式、淹沒邊界技術重構體網格、典型執行時間為5-15小時
典型應用
船前體波形優化（Forebody optimisation by wave pattern analysis）
球鼻船首形狀優化（Bulb shape optimisation by wave pattern analysis）
基于尾跡質量評價的船尾優化Aftbody optimisation by wake quality assessment
船首尾優化（Trim optimisation）
船配置優化（雙體船、三體船）
數值涂料試驗（Numerical paint tests - potential and limiting streamline tracing）
展開 SHIPFLOW軟件MOTIONS模塊簡介
從非穩態RANS方法開始采用的是粘流計算，由于時間成本高，往往并不能適用于在工程實踐；而前面的幾種勢流求解方法雖然計算速度快，但精度較低。
MOTIONS模塊中采用勢流、時域、完全非線性的邊界元方法，旨在填補傳統勢流方法與非穩態、粘流方法之間的空白。與傳統的勢流方法相比，該方法具有更高的精度，同時也比現有的RANS方法具有更快的計算速度。
計算單個工況點，采用MOTIONS模塊大概需要6~8小時（16核工作站），而采用RANS方法 (STAR-CCM+, Fine/MARINE, OpenFoam)在相同條件下則需要200~400小時。
完善的功能
MOTIONS的計算域由一個自由液面及截斷它的浮體組成，并具有如下特征：
1）假定計算域是一個更大的計算域的一部分；
2）外部計算域是靜水狀態或是未受干擾的波浪流場狀態。
外部計算域的流場用如下方法描述：
1）艾里波 (線性)
2）五階斯托克斯波
3）不規則波 (依據線性波疊加)
在MOTIONS模塊中通過設定波長和波高來定義規則波，通過有義波高和跨零周期定義不規則波或者直接定義海況等級。
MOTION同時支持六自由度分析，各自由度方向上設置有剛度和阻尼系數并且任意一個自由度均可以關閉。
展開 SHIPFLOW軟件MOTIONS模塊簡介
從非穩態RANS方法開始采用的是粘流計算，由于時間成本高，往往并不能適用于在工程實踐；而前面的幾種勢流求解方法雖然計算速度快，但精度較低。
MOTIONS模塊中采用勢流、時域、完全非線性的邊界元方法，旨在填補傳統勢流方法與非穩態、粘流方法之間的空白。與傳統的勢流方法相比，該方法具有更高的精度，同時也比現有的RANS方法具有更快的計算速度。
計算單個工況點，采用MOTIONS模塊大概需要6~8小時（16核工作站），而采用RANS方法 (STAR-CCM+, Fine/MARINE, OpenFoam)在相同條件下則需要200~400小時。
完善的功能
MOTIONS的計算域由一個自由液面及截斷它的浮體組成，并具有如下特征：
1）假定計算域是一個更大的計算域的一部分；
2）外部計算域是靜水狀態或是未受干擾的波浪流場狀態。
外部計算域的流場用如下方法描述：
1）艾里波 (線性)
2）五階斯托克斯波
3）不規則波 (依據線性波疊加)
在MOTIONS模塊中通過設定波長和波高來定義規則波，通過有義波高和跨零周期定義不規則波或者直接定義海況等級。
MOTION同時支持六自由度分析，各自由度方向上設置有剛度和阻尼系數并且任意一個自由度均可以關閉。
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
浮式風力機數值模型建立方法
目前,對于風力機氣動載荷的計算大多采用葉素-動量理論,盡管該方法無法給出葉片翼型附近的流場信息,但是,其計算簡便效率高,廣泛應用于浮式風力機工程計算。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
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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。
展開 【CAE案例】細長結構在軸向流體作用下的變形
通常而言，流動壓力載荷對流動的影響，主要取決于流體力和細長結構剛度力的競爭，最終可能導致變形加劇或回到初始狀態，如圖1所示。這種不穩定性，是在某些條件下，系統在擾動的影響下自發地離開其平衡狀態，包括靜態不穩定性和動態不穩定性兩種類型。
求解這類不穩定性問題的一般方法，通常采用瞬態方法，而這里將采用靜態穩定性的直接研究。采用簡化的不可壓縮、無湍流、無粘度的勢流模型來描述流動的不穩定性，并在一個簡單案例中通過實驗和數值結果進行驗證。實驗裝置的實物圖和實驗模型示意圖如圖2和圖3所示。
圖1 流體狀態的變化
圖2 實驗裝置實物圖
圖3 實驗模型的示意圖
02 解決方案
求解不穩定性問題主要分為兩步，第一步如圖4所示，循環迭代1到N階模態，按照各階模態陣型定義幾何模型，生成對應的網格，計算幾何模型周圍的勢流，進而獲得流體對板的壓力；第二步如圖5所示，基于固有模態投影壓力載荷，建立靜態平衡，尋找系統的特定值，從而確定不穩定性的閾值，即臨界失穩速度Ucrit。
圖4 不穩定性問題第一步求解流程
圖5不穩定性問題第二步求解流程
本研究中針對拉普拉斯類問題進行有效求解，基于Python內置命令實現自動計算與連續網格，采用固體力學仿真軟件求解細長結構在軸向流體作用下的變形問題。
具體而言，先進行流體邊界的計算，如圖6所示，在一組節點或網格上施加邊界條件。
展開 【OpenFOAM算例】低速空氣繞流整周渦輪葉片流動模擬
離散格式：
時間格式：穩態
梯度格式：高斯線性
散度格式：nueff*dev(T(grad(U)))為高斯線性格式，其他項為有界高斯迎風格式
拉普拉斯格式：高斯線性修正
插值格式：線性
面梯度格式：無
通量修正：p
數值求解器：
p：求解器：GAMG
光順器：GaussSeidel
U/k/omega：
求解器：PBiCG
預測器：DILU
通量(phi)：
求解器：GAMG
光順器：GaussSeidel
勢流(potentialFlow)：nNonOrthogonalCorrectors 10；
(通量phi和勢流是用于求解一個初場，以便后面求解的收斂，不然會發散)
SIMPLE算法：nNonOrthogonalCorrectors：1
松弛因子：
壓力場p：0.3
方程U/k/omega：0.7
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LS_DYNA常見問題及解答 ￥1
(簡稱 LSTC)授權「勢流科技」 為臺灣地區
LS-DYNA 軟件的獨家代理商。
(2) LS-DYNA 擁有 LSTC 官方的前、 后處理程序： FEMB 及 LS-Pre/Post， 無需另外增購。
LS-DYNA 強調「One Model、 One Code、 Multi-results」， 單一核心程序即可進行 Implicit、
Explicit 及混合 Implicit/Explicit 的求解方式， 可以為您解決靜力、 準靜力、 掉落、 沖擊、 模
態分析、 振動、 預應力/預應變、 流固耦合、 流場、 熱應力....等等的力學分析， 使用者不必
再額外添購模塊程序， 徒增預算的浪費與軟件學習的負擔。
二、 LS-DYNA 與市面上其它的前處理軟件兼容性如何？
解答：
由于 LS-DYNA 是全球使用率最高的結構分析軟件， 因此其它的前處理軟件與 LS-DYNA 是
完全兼容的。 在此要強調的是： LS-DYNA 的官方前處理程序為 FEMB， 因為 FEMB 是專門
為 LS-DYNA 量身訂作的前處理程序， 有許多設定條件及架構邏輯是其它前處理軟件所難望
其項背的， 為了避免在學習 LS-DYNA 的過程及操作上產生困擾， 強烈建議使用者采用原廠
出品的 FEMB 來做為 LS-DYNA 的前處理工具， 使用者必定更能體會 LS-DYNA 直覺式的設
定與強大的分析能力。 .
三、 LS-DYNA 似乎很重視「Contact Algorithm」， 這是為什幺？
解答：
是的， LS-DYNA 很早以前就已經發展「接觸算法」， 這是因為基礎力學所分析的對像均只
考慮「力的受體」， 故輸入條件皆為外力量值。
展開 《流體力學》
【基本信息】 ISBN：7508320107 314 尺寸：小16開 印張：20 字數：492000 印次：1 印刷時間：2004/11/01 用紙：膠版紙 版次：1
【內容提要】
全書共十三章，內容包括：流體的基本物理性質、流體靜力學、流體運動學基礎、流體動力學基本方程、黏性流體的管內流動與管路計算、流體的旋渦運動、不可壓縮流體平面勢流、不可壓縮流體二維邊界層、紊流射流、機翼和葉柵工作原理、氣體動力學基礎、相似原理與量綱分析、兩相流體力學。各章均有一定數量的例題和習題。
本書為高等學校能源動力類專業本科教材，也可作為相關工程技術人員的參考書。
基于AQWA的圓筒型浮式防波堤波浪運動響應分析（上）
1 計算理論
1.1 三維勢流理論
假設流體無黏性、無旋且不可壓縮，則可以引入速度勢φ(x,y,z,t)來描述流場運動[14]。當海洋結構物以自由面為基準時，速度勢滿足Laplace方程，如式(1):
?2φφ(x,y,z,t)=0 (1)
Laplace方程和描述物體運動的速度勢需要進行線性化處理，假定波浪運動和結構物運動都較小，而流場中的速度勢時由入射波速度勢、繞射勢和輻射勢疊加而成，則可由式(2)表示。
φ(x,y,z,t)=φI(x,y,z,t)+φD(x,y,z,t)+φR(x,y,z,t) (2)
式中：φI為入射波速度勢，表明流場中速度分布情況；φD為繞射勢，表明結構物對流場內速度產生的影響；φR為輻射勢，表明結構物的6個自由度運動和振蕩對流場的影響。
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。
展開 Shipflow 7.0 版本重磅發布
Motions7 模塊
Motions 模塊是針對自由表面流動的一個完全非線性非穩態的勢流求解器，可以很好地解決船體耐波性以及各種水上漂浮物的6DOF運動問題。
Motions 7的主要更新有：
1. 全新一代的耐波性仿真計算求解器代碼；
2. 在高級海況下具有更好的準確性和魯棒性；
3. 新增多體相互作用分析；
4. 新增系泊纜繩和護舷的仿真計算；
5. 可以更容易得到指定點的速度和加速度；
6. 支持自由液面和剛體表面的非結構網格自動局部優化；
7. 支持復雜幾何的導入。
一、Motions 7求解的理論優勢
不同于在研究領域應用的DNS (直接數值模擬)，LES（大渦模擬），URANS（非穩態的基于雷諾平均的納維-斯托克斯方程）等方法，Motions 7利用完全非線性非穩態的勢流求解方法，兼顧計算時間和仿真精度，是工程師在實際工程應用中的理想選擇。
二、Motions 7的自適應網格
Motions 7 的自適應網格功能能夠根據船體興波的特征自動生成帶有局部加密的網格，從而能更準確地捕捉到波浪和運動。
原始網格
自適應網格
三、Motions 7的應用
Motions 7 可以對船舶及海洋裝備在靜水、規則波和不規則波等各種工況下做各種仿真計算。
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