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1、水利水電技術(shù)第45卷2014年第4期單樁柱和波浪雙向流固耦合的數(shù)值模擬張少濟(jì)1，朱曉玲2，張華2，劉志遠(yuǎn)2(1．中國電力投資集團(tuán)公司，北京100140；2．華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院，北京102206)摘要：以單樁基支撐結(jié)構(gòu)為對象，建立模擬波浪和單樁柱結(jié)構(gòu)的三維模型，采用后一F湍流模型和VOF運(yùn)動界面追蹤方法，實(shí)現(xiàn)了樁柱和波浪之間的雙向流固耦合模擬，得到了波面三維顯示圖、流固交界面壓力分布圖和樁柱結(jié)構(gòu)的受力圖。還對樁柱上的最大等效應(yīng)力做了研究，其變化范圍是15704～16320Pa，根據(jù)VonMi
2、ses屈服準(zhǔn)則可知，樁柱在這種波浪條件下是穩(wěn)定的。關(guān)鍵詞：樁柱；C腹；VOF法；雙向流固耦合中圖分類號：TV332．1l文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000．0860(2014)04．0063．04N啪ericmsimllla60n蚰bimmc廿onalnllid-∞UdcoupIingbetw∞nsill羽epneandwaVeZHANGShaojil，ZHUⅪaolin92，ZHANGHua2，UUZhi”粕2(1．ChinaPowerInvestIIlentCorpomtion，Beijing1
3、00140，ClIi聃；2．SchoolofRenewableEneFgy，NordlChi曲ElectricPowerUIlive瑙蚵，Beijing102206，Clli腦)Ak出麓ct：Bytakingthesin套kpilefomld8li蚰sup舯哦s協(xié)lcmre鵲meobject，a3一Dmodel{hsimIllalingb(曲wave阻dsin套kpilesmlctIlreisesta¨shedherein，鋤dtllentllesimulati∞蚴tllebidirectiona
4、lnIlid一舳Edc郵pliIIgbetw∞nsinglepile鋤d啪veis陀aljzedw油tlle七一占turbIllencemodel趴dVOFinteIf如etmckiIlgmethod；hmwhichtlle3一DgraI燦cdispkIyofw盯e，pmssumdistributi∞chartofnuid-∞lidintedhce肌dtllefbrcediagmmofpilestnlctIlreaIeobtainedMor∞ver，astudyisalsoIImeontllem越
5、mumeqIlivalents訛ssontllepile鋤ditisfoundtllati協(xié)vari撕on砌geis15704～16320hI“sk∞wIItllatthepileis8urelystableundersuchconditionofwaveaccordiIlgtotllevonMis∞yieldstmsscriterion．Keywords：pile；CFx；VOFmetllod；bidirectionalnuid一∞lidcoupling1引言在海洋波浪環(huán)境下，近海及海洋工程建筑
6、物常受到風(fēng)、波浪、海流的作用，其中波浪荷載是最主要的控制荷載¨1。在港口工程及近海工程中，樁柱和樁群結(jié)構(gòu)是普遍采用的結(jié)構(gòu)形式，而樁柱結(jié)構(gòu)在波浪場中所受的波浪、流體載荷及其對波浪場的影響日益成為一個重要問題。因此，對樁柱結(jié)構(gòu)和波浪場之間的雙向流固耦合模擬分析有著十分重要的意義‘21。目前，數(shù)值模擬方法已經(jīng)成為波浪研究的重要技術(shù)手段，在波浪數(shù)值模擬方面取得了如下的重要進(jìn)展。劉加海∞1利用FLUENT流體軟件通過設(shè)定造波板邊界的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)了二維規(guī)則波的數(shù)值模擬。Bau．dicHo利用二維數(shù)值波浪水槽，通過
7、設(shè)定計算域上下游波的邊界條件，實(shí)現(xiàn)了非線性波的產(chǎn)生、傳播和消波。劉霞”1利用FLUENT軟件平臺，提出了邊界造波的數(shù)值方法，通過二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了二階Stokes波的數(shù)值模擬。Troch【61利用二維數(shù)值波浪水槽，結(jié)合VOF(VolumeofFluidMethod)¨o運(yùn)動界面追蹤法，模擬了波與碎石斜坡式防堤波之間的相互作用。張金鳳【8o基于FLOw一3D計算流體軟件，建立了波浪和海上風(fēng)機(jī)復(fù)合筒型基礎(chǔ)相互作用的三維數(shù)值模型。上述文獻(xiàn)主要側(cè)重于波浪場的模擬，而對于波浪場和固體結(jié)構(gòu)的耦合作用，尤其是它們的
8、雙向流固耦合作用，還較少有研究。本文考慮了樁柱和波浪之間收稿日期：加13—12-26作者簡介：張少濟(jì)(1983一)，男，工程師，博士。張少濟(jì)，等∥單樁柱和波浪雙向流固耦合的數(shù)值模擬的相互作用，以單樁基支撐結(jié)構(gòu)為對象，利用AN．SYS—workbench和CFx建立了三維波浪數(shù)值模型，采用七一占湍流模型‘93和VOF運(yùn)動界面追蹤方法，實(shí)現(xiàn)了樁柱和波浪之間的雙向流固耦合模擬。2數(shù)值模型2．1計算模型計算區(qū)域設(shè)置為20m×6m×3m，靜水面水深為2m。在距離流場人口邊界3m處，有一樁柱其
