NFX CFD|动网格之重叠网格模拟物体自由运动-船舶自由水面运动操作案例

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midas NFX是集结构、热、流体和优化设计于一体的有限元仿真分析软件，而midas NFX CFD则是其中计算流体动力学求解器高级模块。它采用独特的有限单元法（FEM）进行编程，在midas NFX 程序中搭配结构求解器组成一体化的图形用户界面（GUI），并提供全中文界面。是一款简单易学，易上手，并且实用的 CFD 软件。

CFD结构物体受流场作用力被动运动

当计算结构物体在流场中的漂浮、自由落体等被动运动时，要考虑结构本身重力与流场提供的浮力、表面张力、粘性阻力等。此时物体的本身的运动特性受流场流动特性的影响，而被迫做出反应。NFX提供了这种分析结构物体在流场中的自由运动特性，包括结构物的运动轨迹、运动速度、运动时间以及结构在不同时刻受流场的作用力。

本次案例运用到了NFX CFD流场分析中的动网格重叠网格功能的自由运动。

1、特别的，单独使用该功能可以计算结构物的自由落体运动，比如空投装置的降落轨迹、结构在流场中的浮沉特性；

2、当使用该功能联合多相流分析可以计算结构物在自由水面的漂浮轨迹，比如漂浮式海上风力发电基础的受力特性、船舶在航行过程中的运动特性；

3、该功能联合壁面碰撞分析时，可以求解结构物在自由落体或漂浮过程中与障碍物的碰撞特性。

船舶自由水面运动操作案例

1模型概述

该示例是帆船的二维模型，描述为在海上，有一个波浪，周期为1 Hz，振幅为0.0477 m，船舶以1 m / s的速度在其上航行。

2导入模型

在打开软件后，依次点击“新建”按钮，输入项目名称“case”，点击选择“ 2D （XY平面）”，将“单位系统”设置为N-m-J-sec，点击“确定”按钮。

在几何菜单中，点击CAD文件“导入”，文件类型选择“X-T”格式，选中“16-2D boat（自由面-重叠网格分析）.X_T”，模型长度单位选择mm。

2网格划分

材料设置：在网格菜单中，点击属性中的“材料”，点击创建“流体（CFD）”，选中“FRESH_WATER_25℃”。

单元特性定义：在网格菜单中，点击属性中的“单元特性”，点击创建“2D”，选择“CFD 2D”。

定义两个网格单元特性，首先定义背景网格单元特性，在名称中输入“背景网格”，其余保持默认不勾选，点击“适用”。

其次定义重叠网格单元特性，在名称中输入“重叠网格”，勾选下方的“重叠网格”，其余保持默认不勾选，点击“确认”。

划分网格：首先创建背景网格，在网格菜单中，点击生成中的“2D”，选中背景区域的四个面，尺寸输入“0.01”，单元特性选择“背景网格”，在高级选项中勾选上“合并节点”，网格类型选择德劳内网格“三角形”，取消高阶单元勾选框。其余保持默认不勾选。开始划分网格。

其次创建重叠网格，在网格菜单中，点击生成中的“2D”，选中重叠区域小船的一个面，尺寸输入“0.01”，单元特性选择“重叠网格”，在高级选项中取消勾选“合并节点”，网格类型选择德劳内网格“三角形”，取消高阶单元勾选框。其余保持默认不勾选。开始划分网格。

3边界条件施加

自定义函数：在CFD菜单中，点击属性/坐标系/函数中的“函数”，点击“一般CFD函数”，分别创建“初始液位”、“初始水压力”和“Y速度”函数。具体函数定义方法可以参考《NFX|CFD函数》中的函数说明。

进出口边界条件定义：在CFD菜单中，点击一般CFD边界中的“入口”“出口”，对入口施加速度边界，X方向输入1m/s，Y方向选择已创建函数“Y速度”，来模拟水面的波浪运动。对出口施加压力边界，选择已创建函数“初始水压力”。在模型上部创建开放式压力出口，输入相对压力“0pa”。

壁面边界条件定义：在CFD菜单中，点击一般CFD边界中的“壁面”，首先创建静止壁面，选中背景区域的底部面，壁面类型为“无因次距离壁面y+”，第一个节点y+值保持默认65，以此创建流动底部壁面。

其次，创建小船的运动壁面。在CFD菜单中，点击一般CFD边界中的“壁面”，首先创建静止壁面，选中背景区域的底部面，壁面类型为“无因次距离壁面y+”，第一个节点y+值保持默认65。勾选“壁面运动控制”，点击创建运动管理图标，点击创建，选择网格变形，勾选网格变形，物体质量输入100kg，重心与旋转中心输入“-1.82377e-008, 0.00614123, 0”，勾选Ty沿y轴平移、Rz绕z轴旋转，两个方向上的自由度，其余保持默认不变。