[发明专利]基于OpenFOAM的三维海浪与负载交互的数值仿真模型建立方法

说明书

本公开提出了基于OpenFOAM的三维海浪与负载交互的数值仿真模型建立方法，首先建立数值波浪水池，并设置所需要的负载，随后设置数值波浪水池中的每一点初始物理参数如速度、压力和水平面的状况，然后通过求解器不断迭代求解得到负载所受到的压力随时间变化的值，最后进一步对压力积分得到负载所受的水平力、垂直力和纵摇力矩，实现负载与三维海浪的数值仿真和受力结果分析。相比于物理模型，本发明的优点是：数值仿真模型可以根据要求任意设置负载的形状、尺寸，以及波浪的参数，成本更低，模型的建立和设置也更加的灵活，因此具有很大的灵活性和可行性。

技术领域

本公开涉及仿真建模技术领域，特别是涉及基于OpenFOAM的三维海浪与负 载交互的数值仿真模型建立方法及分析系统。

背景技术

传统的关于波浪-建筑物相互作用的研究，无论是波浪正入射的情况，还是 斜波入射的情况即波浪与建筑物之间有一个相对姿态角度，都是为了沿海建筑 物如海上平台或者防波堤等等海上静止建筑物的安全性设计研究，而且建筑物 不可移动的特性使得此类研究只能考虑波浪与建筑物呈现一种类型的夹角的情 况，即认为波浪是正入射，而建筑物绕着单个轴旋转这一种情况。

但是在实际的海上起重机起重负载的过程中，起重机很容易控制负载的姿 态，即负载单独绕着不同的轴旋转，或者同时绕着多个轴旋转，这些情况是传 统的波浪-建筑物(负载)的相互作用研究没有关注过且没有解决的问题。

发明内容

本说明书实施方式的目的是提供基于OpenFOAM的三维海浪与负载交互的数 值仿真模型建立方法，数值仿真模型可以根据要求任意设置负载的形状、尺寸， 以及波浪的参数，成本更低，模型的建立和设置也更加的灵活，因此具有很大 的灵活性和可行性。

本说明书实施方式提供基于OpenFOAM的三维海浪与负载交互的数值仿真模 型建立方法，通过以下技术方案实现：

包括：

首先建立数值波浪水池，并设置所需要的负载，随后设置数值波浪水池中 的每一点初始物理参数如速度、压力和水平面的状况，然后通过求解器不断迭 代求解得到负载所受到的压力随时间变化的值，最后进一步对压力积分得到负 载所受的水平力、垂直力和纵摇力矩，实现负载与三维海浪的数值仿真和受力 结果分析。

建立数值波浪水池步骤：设置数值水池的大小及网格尺寸；

利用三维海浪生成器，设定波浪的参数、计算数值水池中波浪的水平速度 和垂直速度分布、利用消波技术避免波浪传播到数值水池的末端反射回来影响 之后入射的波浪；

设置整个数值波浪水池的初始条件，需要设置的初始条件包括速度、压力 以及波浪和自由面的情况；

设置负载的大小和形状：选择一个指定规则形状区域内的所有微小网格单 元，然后将其内部网格去除点，只保留最外侧的网格，并对这个区域的所有网 格指定为一个整体，得到一个指定形状的负载；

使用求解器求解得到整个波浪池的物理参数：通过求解器不断迭代求解得 到负载所受到的压力随时间变化的值；

在建立好的数值波浪水池中放置长方体类型的负载，然后进行模拟计算得 到负载所收到的水平力、垂直力和纵摇力矩随着时间变化的图像，然后对所得 到的数据进行FFT处理，得到对应当前波浪和负载参数的一点值，然后改变负 载的参数或者波浪的参数，得到负载的受力情况随着某一个参数的变化情况。

进一步的技术方案，在建立模型之前首先基于OpenFOAM建立全局坐标系及 负载坐标系，负载的三个姿态角就是负载坐标系和全局坐标系之间的方位关系， 分别对应于负载的首摇、纵摇和横摇的角度。