Page 27 - 《振动工程学报》2026年第2期

第 2 期 蒋冬启，等：基于 CFD-FEA 联合仿真的波浪荷载作用下离散浮箱式浮桥动力响应研究 343

考虑自由水面引起的非线性效应，二阶以上的斯托克
斯波浪理论在不同程度上考虑了非线性的影响，波浪
形态会发生一定变化 [30] 。对于浮式结构物的概念分
(a) ABAQUS软件中结构模型 析和初步设计，采用微幅线性波模拟通常可以有效降
(a) Structural model in the ABAQUS software
低计算成本，提高稳定性，并能获得满足精度要求的
结果。对于某些特定的分析对象，非线性效应产生的
影响较小，线性波浪引发的动力响应是主要的关注部
分，此时采用线性波浪进行模拟是可靠的 [31] 。
(b) Star-CCM+软件中浮箱模型 网格尺度是数值分析中的关键问题之一，网格
(b) Pontoon model in the Star-CCM+ software
收敛性影响计算的准确性和效率。为了保证计算的
可靠性，本文开展了不同网格尺度的收敛性分析。
在基本网格尺寸的基础上，自由液面上、下加密区
的范围分别取 1、2 和 3 m，加密区的水平网格分别
(c) Star-CCM+软件中网格示意图 取 1.6、1.2 和 0.8 m 三种尺度，对周期为 4 s 波浪作用
(c) Mesh diagram in the Star-CCM+ software
下浮桥关键位置的结构响应进行对比。图 4 为 Star-
图 3 浮桥数值模型 CCM+软件中流体域不同网格尺度的收敛性分析示
Fig. 3 Numerical model of the floating bridge 意图，对应浮桥模型 0.25L 和 0.5L 处的横向位移时程
形后，可基本判定结构响应达到稳态 [23] 。 曲线如图 5 所示。计算结果表明，不同网格尺度模
线性波理论假定波幅相对于波长为无限小量，水 型的位移时程响应曲线形态基本一致，仅在特定时
质点的运动速度较为缓慢，波动自由水面上非线性的 刻的峰值有较小区别，差异值在合理范围内。因此，
运动边界条件和动力边界条件可以简化为线性关系， 综合考虑计算的准确性和效率等因素，模拟分析中
分析中常采用正弦波形进行模拟。非线性波浪理论 采用前述网格尺度和加密方式是可行的。

(a) 加密区(1 m)，水平网格(0.8 m) (b) 加密区(1 m)，水平网格(1.2 m)
(a) Refined mesh part (1 m), horizontal mesh size (0.8 m) (b) Refined mesh part (1 m), horizontal mesh size (1.2 m)

(c) 加密区(1 m)，水平网格(1.6 m) (d) 加密区(2 m)，水平网格(1.6 m)
(c) Refined mesh part (1 m), horizontal mesh size (1.6 m) (d) Refined mesh part (2 m), horizontal mesh size (1.6 m)

(e) 加密区(3 m)，水平网格(1.6 m)
(e) Refined mesh part (3 m), horizontal mesh size (1.6 m)

图 4 不同网格尺寸下收敛性分析示意图
Fig. 4 Schematic diagram of sensitivity analysis with different mesh sizes