HydroD 实用教程（二）有限元模型

一、前言

  SESAM （Super Element Structure Analysis Module）是由挪威船级社（DNV-GL）开发的一款有限元分析（FEA）系统，它以 GeniE、HydroD 和 DeepC 等模块为核心，是海洋工程结构分析的行业标准软件，主要用于海工结构的强度评估、波浪荷载计算和系泊系统分析等。GeniE、HydroD 和 DeepC 分别是 Sesam 系统的固定式结构分析模块、漂浮式结构分析模块和系泊系统分析模块。HydroD is the software package for robust hydrodynamic analysis and stability analysis.

二、模型种类

  在 HydroD 中进行水动力或稳性分析前，需创建有限元模型（T*.FEM），它是执行分析的前提。有限元模型可通过 GeniE 或 Patran-Pre 等程序创建。可能用到的有限元模型主要有 6 类：Panel FEM、Morison FEM、Mass FEM、Structure FEM、Second Order Free Surface FEM 和 Offbody Points FEM。

  Morison 方程和势流理论是两种最常用的海上结构物波浪荷载计算方法。对于小尺寸结构/构件即构件直径与入射波的波长相比尺度较小的结构物，可采用半经验半理论的 Morison 方程计算波浪荷载。对于大尺寸结构/构件，应考虑结构对入射波场的影响，考虑入射波的绕射，采用三维势流理论计算波浪荷载。

  当采用三维势流理论计算波浪力时，Panel FEM 用来描述结构的湿表面（物面条件），模型主要由壳单元组成。当采用 Morison 理论计算波浪力时，Morison FEM 用来计算细长结构的波浪荷载、附加质量和 drag damping 等，Morison 单元均为 2 结点梁单元。对于浮体，指定质量的方式之一是使用 Mass FEM。

  Structure FEM 用来计算位移、应力等，在计算过程中，流体作用力（静水力与动水力）不直接作用在 Structure FEM 上，而是由 Panel FEM 中的 panels 自动地映射到 Structure FEM 中的壳单元或实体单元上。因此，Structure FEM 与 Panel FEM 可以具有不同的网格。在计算二阶和频与差频波浪力时，还需创建 Second Order Free Surface FEM（二阶自由面有限元），用于模拟自由液面（波面条件）。Second Order Free Surface FEM 的外边界须是一标准的圆，且应采用 4 结点壳单元进行网格划分。圆的半径至少为水深（浅水区）或最大波长（深水区）。

  Offbody Points FEM 用于自由液面的动画显示等，有且仅有位于自由面上（z=0.0）的 4 结点壳单元构成。该模型主要服务于计算机图像渲染，与水动力计算无关，直接在 HydroD 中创建。

三、单元类型

四、FEM文件

  在 SESAM 系统中，接口文件（Sesam Input Interface File）用于同一模型数据在不同程序间的传递。.FEM 文件是 Sesam 接口文件，有限元模型数据以标准格式的形式记录在 .FEM 文件内，数据包括结点编号、结点坐标、单元类型，单元组成结点等信息。.FEM 文件为文本文件，类似于 Abaqus 的 .inp 文件、ANSYS 的 .cdb 文件 或 SAP2000 的 .s2k 文件，，任何文本编辑软件均可打开或编辑它。。从某种程度上讲，一个有限元模型（T#.FEM）可视作一个超单元，#为超单元的编号。

五、参考文献

[1]. HydroD User Manual.

[2]. HydroD/Tutorials Stability analysis and code checking

[3]. HydroD/Tutorials Wadam, Wasim and Meshing tools

[4]. 关于风机 叶片/荷载/控制 方面的介绍请访问：https://www.zhihu.com/column/c_1485646874003058688

[5]. 关于风机 有限元分析 方面的介绍请访问：https://blog.csdn.net/shengyutou

[6]. 联系作者 ，Email： liyang@alu.hit.edu.cn

[7]. 联系作者 ，WeChat/Weixin： 761358045