本發(fā)明涉及海洋工程結(jié)構(gòu)物水動(dòng)力計(jì)算，具體涉及一種基于openfoam計(jì)算結(jié)構(gòu)物在流體中整體受力的方案。

背景技術(shù)：

1、openfoam是一個(gè)針對(duì)不同的流動(dòng)編寫不同的c++程序集合。

2、現(xiàn)有基于openfoam水動(dòng)力計(jì)算結(jié)果的結(jié)構(gòu)物整體受力計(jì)算方法，需要在整個(gè)計(jì)算域網(wǎng)格中進(jìn)行大量循環(huán)運(yùn)算，計(jì)算用時(shí)長，效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)算用時(shí)長的缺點(diǎn)，提供了一種無需大量循環(huán)計(jì)算的基于openfoam計(jì)算結(jié)構(gòu)物在流體中整體受力的方案。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決：

3、一種計(jì)算結(jié)構(gòu)物在流體中整體受力的方法，包括以下步驟：

4、根據(jù)openfoam軟件計(jì)算目標(biāo)結(jié)構(gòu)物在目標(biāo)流體中受到的壓力，基于關(guān)鍵詞提取獲得與時(shí)間相對(duì)應(yīng)的若干組結(jié)果數(shù)據(jù)，所述結(jié)果數(shù)據(jù)包括各邊界單元體中心所對(duì)應(yīng)的中心坐標(biāo)和壓力值；

5、將所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行網(wǎng)格剖分，獲得若干個(gè)四面體單元，將所得四面體單元中位于所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)物表面的面作為有效表面；

6、于計(jì)算域的每一個(gè)時(shí)間步中，基于所述結(jié)果數(shù)據(jù)計(jì)算各有效表面所對(duì)應(yīng)的局部受力數(shù)據(jù)，并基于各局部受力數(shù)據(jù)計(jì)算所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)物在當(dāng)前時(shí)間步所對(duì)應(yīng)的整體受力數(shù)據(jù)。

7、作為一種可實(shí)施方式：

8、基于有效表面的表面面積、表面法向量和表面壓力進(jìn)行受力計(jì)算，獲得與所述有效表面相對(duì)應(yīng)的局部受力數(shù)據(jù)；

9、將當(dāng)前進(jìn)行受力計(jì)算的有效表面作為目標(biāo)有效表面，包含所述目標(biāo)有效表面的四面體單元作為目標(biāo)有效單元，目標(biāo)有效表面的表面面積、表面法向量和表面壓力的獲取方法包括：

10、將所述目標(biāo)有效單元中與所述目標(biāo)有效表面相對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)作為目標(biāo)頂點(diǎn)；

11、基于所述目標(biāo)頂點(diǎn)計(jì)算所述目標(biāo)有效表面的表面面積；

12、基于所述目標(biāo)頂點(diǎn)計(jì)算所述目標(biāo)有效表面的表面法向量，所述表面法向量用于指示流體作用力的方向；

13、基于所述目標(biāo)頂點(diǎn)計(jì)算所述目標(biāo)有效表面的質(zhì)心坐標(biāo)，并基于所述結(jié)果數(shù)據(jù)計(jì)算獲得所述質(zhì)心坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的壓力，獲得所述目標(biāo)有效表面的表面壓力。

14、作為一種可實(shí)施方式，基于所述目標(biāo)頂點(diǎn)計(jì)算所述目標(biāo)有效表面的表面法向量的具體步驟為：

15、所述目標(biāo)頂點(diǎn)包括第一頂點(diǎn)、第二頂點(diǎn)和第三頂點(diǎn)；

16、基于第一頂點(diǎn)和第二頂點(diǎn)構(gòu)建獲得第一向量；

17、基于第一頂點(diǎn)和第三頂點(diǎn)構(gòu)建獲得第二向量；

18、將所述第一向量和所述第二向量叉乘獲得法向量，基于所得法向量生成所述表面法向量。

19、作為一種可實(shí)施方式：

20、目標(biāo)有效單元包括三個(gè)目標(biāo)頂點(diǎn)和一個(gè)剩余頂點(diǎn)；

21、選取任一目標(biāo)頂點(diǎn)與所述剩余頂點(diǎn)構(gòu)建獲得第三向量；

22、將所述第三向量與所述法向量進(jìn)行點(diǎn)積；

23、當(dāng)所得點(diǎn)積結(jié)果為正，將所述法向量作為表面法向量；

24、當(dāng)所得點(diǎn)積結(jié)果為負(fù)，將所述法向量旋轉(zhuǎn)180°，獲得表面法向量。

25、作為一種可實(shí)施方式：

26、將表面法向量沿x方向的分量記為第一向量分量、沿y方向的分量記為第二向量分量、沿z方向的分量記為第三向量分量；

27、局部受力數(shù)據(jù)包括第一受力分量、第二受力分量和第三受力分量；

28、基于有效表面的表面面積、表面壓力和所述第一向量分量進(jìn)行受力計(jì)算，獲得與所述有效表面相對(duì)應(yīng)的第一受力分量；

29、基于有效表面的表面面積、表面壓力和所述第二向量分量進(jìn)行受力計(jì)算，獲得與所述有效表面相對(duì)應(yīng)的第二受力分量；

30、基于有效表面的表面面積、表面壓力和所述第三向量分量進(jìn)行受力計(jì)算，獲得與所述有效表面相對(duì)應(yīng)的第三受力分量。

31、作為一種可實(shí)施方式：

32、基于目標(biāo)頂點(diǎn)計(jì)算目標(biāo)有效表面的質(zhì)心坐標(biāo)；

33、根據(jù)所述質(zhì)心坐標(biāo)，查找距離所述質(zhì)心坐標(biāo)最近的中心坐標(biāo)，獲得參照坐標(biāo)，并將所述中心坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的壓力值作為參照壓力值；

34、基于所述參照坐標(biāo)和所述參照壓力值進(jìn)行插值計(jì)算，獲得所述質(zhì)心坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的壓力，獲得所述目標(biāo)有效表面的表面壓力。

35、作為一種可實(shí)施方式：

36、對(duì)所有四面體單元的頂點(diǎn)進(jìn)行唯一性編號(hào)；

37、基于所述編號(hào)，確定四面體單元中各面所對(duì)應(yīng)編號(hào)集合，所述編號(hào)集合包括相應(yīng)面所對(duì)應(yīng)三個(gè)頂點(diǎn)的編號(hào)；

38、將未出現(xiàn)重復(fù)的編號(hào)集合所對(duì)應(yīng)的面作為有效表面。

39、作為一種可實(shí)施方式：

40、目標(biāo)流體為海浪或海浪與海流的混合體。

41、本發(fā)明還公開一種計(jì)算結(jié)構(gòu)物在流體中整體受力的系統(tǒng)，包括：

42、仿真模塊，用于根據(jù)openfoam軟件計(jì)算目標(biāo)結(jié)構(gòu)物在目標(biāo)流體中受到的壓力，基于關(guān)鍵詞提取獲得與時(shí)間相對(duì)應(yīng)的若干組結(jié)果數(shù)據(jù)，所述結(jié)果數(shù)據(jù)包括各邊界單元體中心所對(duì)應(yīng)的中心坐標(biāo)和壓力值；

43、網(wǎng)格剖分模塊，用于將所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行網(wǎng)格剖分，獲得若干個(gè)四面體單元，將所得四面體單元中位于所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)物表面的面作為有效表面；

44、受力計(jì)算模塊，用于基于所述結(jié)果數(shù)據(jù)計(jì)算各有效表面所對(duì)應(yīng)的局部受力數(shù)據(jù)，并基于各局部受力數(shù)據(jù)計(jì)算所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)物在當(dāng)前時(shí)間步所對(duì)應(yīng)的整體受力數(shù)據(jù)。

45、本發(fā)明還提出一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述任一項(xiàng)所述的方法。

46、本發(fā)明公開的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，或者，部分特征和優(yōu)點(diǎn)可以從說明書推知或毫無疑義地確定，或者通過實(shí)施本申請(qǐng)公開的上述技術(shù)即可得知。

47、為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種計(jì)算結(jié)構(gòu)物在流體中整體受力的方法，其特征在于包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算結(jié)構(gòu)物在流體中整體受力的方法，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種計(jì)算結(jié)構(gòu)物在流體中整體受力的方法，其特征在于，基于所述目標(biāo)頂點(diǎn)計(jì)算所述目標(biāo)有效表面的表面法向量的具體步驟為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種計(jì)算結(jié)構(gòu)物在流體中整體受力的方法，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種計(jì)算結(jié)構(gòu)物在流體中整體受力的方法，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一所述的一種計(jì)算結(jié)構(gòu)物在流體中整體受力的方法，其特征在于：

7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的一種計(jì)算結(jié)構(gòu)物在流體中整體受力的方法，其特征在于：

8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的一種計(jì)算結(jié)構(gòu)物在流體中整體受力的方法，其特征在于：

9.一種計(jì)算結(jié)構(gòu)物在流體中整體受力的系統(tǒng)，其特征在于包括：

10.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種計(jì)算結(jié)構(gòu)物在流體中整體受力的方法、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)設(shè)備，其中方法包括以下步驟：根據(jù)OpenFOAM軟件計(jì)算目標(biāo)結(jié)構(gòu)物在目標(biāo)流體中受到的壓力，基于關(guān)鍵詞提取獲得與時(shí)間相對(duì)應(yīng)的若干組結(jié)果數(shù)據(jù)，所述結(jié)果數(shù)據(jù)包括各邊界單元體中心所對(duì)應(yīng)的中心坐標(biāo)和壓力值；將所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行網(wǎng)格剖分，獲得若干個(gè)四面體單元，將所得四面體單元中位于所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)物表面的面作為有效表面；于計(jì)算域的每一個(gè)時(shí)間步中，基于所述結(jié)果數(shù)據(jù)計(jì)算各有效表面所對(duì)應(yīng)的局部受力數(shù)據(jù)，并基于各局部受力數(shù)據(jù)計(jì)算所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)物在當(dāng)前時(shí)間步所對(duì)應(yīng)的整體受力數(shù)據(jù)。本發(fā)明所提出的計(jì)算方法用時(shí)短，效率高，適用于對(duì)大型復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)物在流體中的整體受力計(jì)算。

技術(shù)研發(fā)人員：何奔,高鵬,呂娜,姜貞強(qiáng),羅金平,王濱,熊根,賴踴卿,吳新云,石銳龍,呂君,黃國香,謝國虎,于炎成,姚夢(mèng)浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26