فليكسكوم

يستخدم برنامج Flexcom صيغةً متخصصةً للعناصر المحدودة، تتضمن عنصرًا هجينًا من نوع أويلر-بيرنولي ، يجمع بين قوى الانحناء والالتواء والقوى المحورية، وهو مناسب تمامًا لنمذجة الهياكل البحرية النحيلة مثل أنابيب الرفع، وخطوط الإرساء، والأنابيب، والكابلات، وما إلى ذلك. يُستخدم ما يصل إلى 10 نقاط تكامل داخل كل عنصر محدود لضمان توزيع دقيق للقوى المطبقة. وتُستخدم دوال الشكل من الدرجة الثالثة للتنبؤ بتغيرات متغيرات الحل (مثل العزم، والانحناء) داخل كل عنصر. يستخدم Flexcom صيغة كتلة متسقة تُكامل الكتلة على طول كل عنصر محدود، بما يتوافق مع المبادئ الأساسية لطريقة العناصر المحدودة، وتجميع مصفوفة الصلابة ، ودوال الشكل. ينتج عن ذلك مصفوفة كتلة كاملة العناصر غير القطرية، تتضمن حدودًا للترابط بين درجات الحرية المختلفة والعقد المختلفة، وتمثل تعريفًا عدديًا كاملًا للكتلة الهيكلية في الواقع. يُعد تعريف الكتلة المتسق أمرًا مهمًا لحل المعادلات الضمنية في المجال الزمني التي تحاكي الهياكل الديناميكية، وهو أمر بالغ الأهمية بشكل خاص في التقاط تأثيرات القصور الذاتي الدوراني بدقة.

على غرار عناصر العوارض التقليدية، تتضمن عارضة فليكسكوم إزاحات ودورانات عند عقدتيها الطرفيتين، مما ينتج عنه 12 درجة حرية فعالة لكل عنصر. ولكي يتمكن برنامج الحل العددي من تحليل كل من المواد المرنة (مثل أسلاك التثبيت وكابلات الطاقة وما إلى ذلك) والهياكل غير المرنة (مثل الأعمدة والعوامات الصلبة لمنصة عائمة)، يلزم وجود مخطط حل يراعي قيم صلابة الانحناء الأقل بكثير من قيم الصلابة المحورية المقابلة. ولتحقيق ذلك، تُدرج القوة المحورية صراحةً كمتغير حل، ويتم حسابها بشكل مستقل عن الانفعال المحوري. وتُطبق علاقة توافق الإجهاد والانفعال خارج نطاق بيان العمل الافتراضي باستخدام قيد لاغرانجي. ^{[ 1 ]} ويتم التعامل مع عزم الدوران بطريقة مماثلة، مما يؤدي إلى عنصر محدود هجين ذي 14 درجة حرية وعقدتين طرفيتين، حيث تُضاف القوة المحورية وعزم الدوران إلى الشكل المعتاد لعنصر عارضة-عمود ثلاثي الأبعاد.

تتعرض الأجسام الطافية عادةً لحركات صلبة كبيرة عند تعرضها لأمواج المحيط ، لذا يجب أن يراعي برنامج الحل العددي الإزاحات والدورانات الكبيرة وغير الخطية في ثلاثة أبعاد. يُعد هذا جانبًا أساسيًا من النموذج الهيكلي، وهو ضروري لضمان نمذجة دقيقة لقوى الاستعادة، مثل الشد الفعال وعزم الانحناء . يستخدم برنامج الحل تقنية الإحداثيات المنقولة للتعامل مع الإزاحات والدورانات الكبيرة ثلاثية الأبعاد. ^{[ 2 ]} لكل عنصر من عناصر التجزئة المحدودة نظام محاور محلي مرتبط به، يتحرك مع العنصر أثناء حركته في المكان والزمان. تُكتب عبارات الشغل الافتراضية الداخلية والخارجية في النظام المنقول، ويُفترض أن التشوهات على طول العنصر بالنسبة لهذا النظام معتدلة.

أُضيف عنصر الجمالون في عام 2022. وهو مصمم خصيصًا لنمذجة الهياكل ذات مستويات الصلابة المنخفضة جدًا في الانحناء (مثل سلاسل التثبيت)، وهو في الأساس نسخة مبسطة من عنصر العارضة. وقد أظهرت المقارنات بين البرامج المختلفة أن عنصر الجمالون دقيق عدديًا، ومتين ديناميكيًا، وفعال من حيث الحساب. ^{[ 3 ]}

يعتمد التحميل الهيدروديناميكي على عناصر العارضة على معادلة موريسون . وتُستخدم هذه المعادلة على نطاق واسع في الهندسة البحرية لنمذجة قوى الأمواج على المنشآت البحرية النحيلة، مثل خطوط تصدير النفط والغاز وخطوط الإرساء. في الحالات التي يصبح فيها حجم الجسم كبيرًا بالنسبة للطول الموجي، تصبح الافتراضات الأساسية غير صالحة، ويجب أيضًا مراعاة تأثيرات الإشعاع والانعراج.

يعتمد التحميل الهيدروديناميكي على الأجسام الكبيرة على تطبيق نظرية الجهد . تقوم برامج النمذجة الهيدروديناميكية المتخصصة، مثل WAMIT، بحل جهد السرعة باستخدام طريقة معادلة التكامل الحدودي ، وتوفر معاملات هيدروديناميكية يمكن استخدامها لاحقًا كمدخلات لبرنامج Flexcom. يوفر هذا نموذجًا أكثر تفصيلًا من معادلة موريسون، ويشمل قوى إثارة الموجة (الناتجة عن الضغط المؤثر على وعاء ثابت)، وقوى الانعراج (الناتجة عن اضطرابات مجال الموجة بسبب وجود الوعاء)، وقوى التخميد الإشعاعي (التي تمثل الموجات الناتجة عن تذبذبات الوعاء نفسه). يستخدم برنامج Flexcom تقنية الالتفاف لدمج حدود الكتلة المضافة المعتمدة على التردد وحدود التخميد الإشعاعي في محاكاة المجال الزمني.

تتضمن الإصدارات الحديثة من برنامج Flexcom تكاملاً برمجياً مع برنامج OpenFAST، مما يتيح محاكاة توربينات الرياح البحرية . OpenFAST هو أداة نمذجة مفتوحة المصدر طُوِّرت بواسطة المختبر الوطني لجبال روكي (المعروف سابقاً باسم NREL).