[发明专利]一种波浪作用过程中深水网箱浮架变形的数值模拟方法

摘要

本发明公开了一种波浪作用过程中深水网箱浮架变形的数值模拟方法，包括：步骤S1.1、用有限元法分别将受模拟深水网箱浮架分解成多个线微元和节点，建立每个节点的运动方程；步骤S1.2、获取每个节点在初始时刻的速度向量v₁和位置向量P₁；步骤S2、设置n个测试时刻，将初始时刻设定为第一个测试时刻，并设定相邻的第t个测试时刻t与第t+1个测试时刻之间的时间步长为dT；从第一个测试时刻即t取值为1开始，依次循环执行步骤S2.1至步骤S2.5，直至t的取值达到预设的最大值或者本数值模拟方法被停止；步骤S3、计算出各个节点在该测试时刻的von Mises应变和von Mises应力。本发明能够综合反映浮架的变形情况，具有计算效率高、精度高、用途广泛的优点。

主权项

1.一种波浪作用过程中深水网箱浮架变形的数值模拟方法，其特征在于：所述的数值模拟方法包括：步骤S1、建立模型，包括：步骤S1.1、用有限元法分别将受模拟深水网箱浮架与水体直接接触的浮管以及与所述浮管相连的锚绳分解成多个线微元和节点，建立每个所述节点的运动方程；步骤S1.2、建立坐标系，获取步骤S1.1分解得到的每个所述节点在初始时刻的速度向量v₁和对应所述坐标系的位置向量p₁；步骤S2、设置n个测试时刻，将所述初始时刻设定为第一个测试时刻，并设定相邻的第t个测试时刻t与第t+1个测试时刻之间的时间步长为dT，其中，n为正整数，t为取值在1到n之间的正整数；从第一个测试时刻即t取值为1开始，依次循环执行以下步骤S2.1至步骤S2.5，直至t的取值达到预设的最大值或者本数值模拟方法被停止：步骤S2.1、依据每个所述线微元在第t个测试时刻的速度向量v_t和位置向量p_t，相应计算每个所述线微元在第t个测试时刻所受到的结构荷载和非结构荷载，其中，对于由所述浮管分解得到的线微元，其结构荷载包括张力、弯矩、剪力和扭矩，对于由所述锚绳分解得到的线微元，其结构荷载包括张力，每个所述线微元的非结构荷载均包括水动力、重力和浮力；步骤S2.2、将每个所述线微元在第t个测试时刻所受到的结构荷载和非结构荷载平均分配到与该线微元相邻的两个所述节点上，并对每个所述节点所分配到的力和力矩分别进行合成，得到每个所述节点在第t个测试时刻的总合力和总力矩；步骤S2.3、将每个所述节点在第t个测试时刻的总合力和总力矩代入对应节点的运动方程中，并采用半隐式欧拉积分方法求解出每个所述节点在第t个测试时刻的加速度a_t；步骤S2.4、按以下公式计算出每个所述节点在第t+1个测试时刻的速度向量vt+1和位置向量p_t+1：v_t+1＝v_t+a_tdTp_t+1＝p_t+v_t+1dT；步骤S2.5、将t的取值加1；步骤S3、对于每个所述测试时刻，用所述各个节点在该测试时刻所受到的结构荷载，计算出所述各个节点在该测试时刻的von Mises应变和von Mises应力，用以反映受模拟深水网箱浮架对应所述各个节点的位置在所述n个测试时刻的变形情况。