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.

Sesam Overview

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。

Six Different Types of Finite Element Models

编号	名称	功能
01	Panel FEM	湿表面、物面条件
02	Morison FEM	细长结构的水动力分析
03	Mass FEM	惯性
04	Structure FEM	位移、应力、应变
05	Second Order Free Surface FEM	二阶波浪力
06	Offbody Points FEM	动画渲染

  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，有且仅有位于自由面上（z=0.0）的 4 结点壳单元构成。该模型服务于计算机图像渲染，与水动力计算无关，可由 HydroD 程序自动生成，无需用户创建。

Second Order Free Surface FEM

三、单元类型

Legal Elements Types

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。

< prtfix >T#.FEM

五、参考文献

[1]. HydroD User Manual.

[2]. 联系作者，Email： [e-mail]