小尺度立柱水动力系数的数值分析

廖 瑾 亓路宽 周杰峰

0 引言

在海洋工程领域中，圆形立柱构件被大量采用，针对圆形构件的波浪力计算进行过大量的研究。目前方柱构件在桥梁工程的墩柱结构中获得广泛应用，方柱构件上波浪力的计算研究也得到相应发展。

通过数值模拟手段研究桥梁墩柱构件上的波浪力及波浪水流力，有助于提高桥梁基础的分析水平，为确定不同截面形式结构体上水动力系数提供一种有效的简便的数值分析方法。

本文针对墩柱结构在波流场中的流固耦合问题，利用流固耦合软件MpCCI将ABAQUS与FLUENT软件相连接，在波流场域中对圆柱构件及方柱构件进行数值模拟，得到了两种截面形式立柱构件拖曳力系数的数值解。

1 流固耦合方法

本文采用MpCCI技术实现波流场与立柱构件的耦合计算。耦合软件MpCCI为数值模拟提供了实时数据传递的平台，可实现不同数值模拟软件在定义耦合区域上网格节点数据的交换。在流固耦合计算过程中，FLUENT计算的耦合区域作用在固体结构边界上的力，并以节点量的形式传递给MpCCI，MpCCI对节点量进行插值并传递给ABAQUS，在外加荷载作用下，ABAQUS运算得到耦合区域作用在流体域上的边界节点位移，通过MpCCI插值所得位移量传递给FLUENT，如此循环实现数据的实时传递耦合，完成同步耦合问题的数值模拟。

2 墩柱模型及控制方程

2.1 物理模型

本文构建的流固耦合计算分析模型如图1所示，立柱分别为圆形截面和方形截面，圆截面直径与方截面边长均为2 m，长度为50 m。……