黃 偉， 于 瀟

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1 軟件簡(jiǎn)介

Flow 3D是一款高精確度的計(jì)算流體動(dòng)力軟件，利用其獨(dú)有的TruVOF技術(shù)，能夠準(zhǔn)確地追蹤自由液面的變化情況(如水波、水躍等)。利用多區(qū)塊網(wǎng)格功能，F(xiàn)low 3D能夠有效地建立網(wǎng)格，即使外形非常復(fù)雜的大型模型，也能夠配合不同的精度設(shè)定，以適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格數(shù)量描述復(fù)雜的外形特征。Flow 3D波浪產(chǎn)生器模型是以傅里葉級(jí)數(shù)為基礎(chǔ)延伸發(fā)展到所有周期非線性波。Flow 3D在海岸工程中的應(yīng)用包括沿海波、碎波、波堤繞射、防波堤、海潮等。

2 設(shè)計(jì)條件

設(shè)計(jì)條件見(jiàn)表1。碼頭結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示。

表1 設(shè)計(jì)條件

圖1 碼頭結(jié)構(gòu)斷面

3 計(jì)算結(jié)果

3.1 極端高水位

極端高水位時(shí)，模擬受力情況如圖2所示，受力隨高程的變化情況如圖3所示。

圖2 模擬受力圖

圖3 受力隨高程變化曲線

極端高水位時(shí)，各指標(biāo)的算例數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2～表5。

表2 各高程位置處波浪力結(jié)果對(duì)比

表3 波浪力合力計(jì)算結(jié)果

表4 力臂計(jì)算結(jié)果

表5 力矩計(jì)算結(jié)果

極端高水位時(shí)，波壓力分布如圖4所示。

圖4 極端高水位時(shí)設(shè)計(jì)高水位時(shí)波壓力算例值和模擬值對(duì)比圖

從圖4中可以看出，模擬值與算例值趨勢(shì)基本一致，靜水面以上二者基本重合，靜水面以下，模擬值要小于算例值。初步分析，人工計(jì)算時(shí)，未考慮(或者考慮有限幾個(gè)點(diǎn))波浪力沿結(jié)構(gòu)深度的變化，各受力節(jié)點(diǎn)直接采用線性方式連接，這就形成了一定的誤差。

3.2 設(shè)計(jì)高水位

設(shè)計(jì)高水位時(shí)，模擬受力情況如圖5所示，受力隨高程的變化情況如圖6所示。

圖5 模擬受力圖

圖6 受力隨高程變化曲線

設(shè)計(jì)高水位時(shí)，各指標(biāo)的算例數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表6～表9。

表6 各高程位置處波浪力結(jié)果對(duì)比

表7 水平力合力計(jì)算結(jié)果

表8 力臂計(jì)算結(jié)果

表9 力矩計(jì)算結(jié)果

設(shè)計(jì)高水位時(shí)，波壓力分布如圖7所示。

圖7 設(shè)計(jì)高水位時(shí)波壓力算例值和模擬值對(duì)比圖

從上圖中可以看出：模擬值與算例值趨勢(shì)基本一致，靜水面以上二者基本重合，靜水面以下，模擬值要小于算例值。初步分析，人工計(jì)算時(shí)，未考慮(或者考慮有限幾個(gè)點(diǎn))波浪力沿結(jié)構(gòu)深度的變化，各受力節(jié)點(diǎn)直接采用線性方式連接。

4 結(jié) 語(yǔ)

最初，波浪力計(jì)算是根據(jù)公式進(jìn)行手算的，之后通過(guò)將公式植入計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，本次計(jì)算采用數(shù)值模擬軟件進(jìn)行三維計(jì)算，利用軟件生成波浪然后與結(jié)構(gòu)物進(jìn)行作用，得到受力曲線，分析受力曲線得到最終結(jié)果，由于計(jì)算原理與傳統(tǒng)公式有一定差別，而且計(jì)算的準(zhǔn)確性還需要通過(guò)大量的項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)證，因此目前階段暫且只作為一種校驗(yàn)的方法。

利用Flow 3D軟件計(jì)算波浪力的優(yōu)點(diǎn)在于能夠輸出各點(diǎn)的壓力強(qiáng)度隨時(shí)間變化曲線等一系列的曲線，可以計(jì)算波峰和波谷對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用力，通過(guò)劃分受力區(qū)域直觀展現(xiàn)結(jié)構(gòu)物的受力情況。