(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210991645.0 (22)申请日 2022.08.18 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 殷锴　徐宿东　郝建新　刘春雨　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 陈月菊 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 海岸柔性非淹没植被二维动力的数值模拟 方法 (57)摘要 本发明公开了一种海岸柔性非淹没植被二 维动力的数值模拟方法， 属于海岸生态防护技术 领域。 包括如下步骤： S10、 提出波浪环境中柔性 非淹没植被二维运动的基本假 设； S20、 提出模拟 规则波驱动下柔性非淹没植被运动的力学模式； S30、 构建规则波作用下柔性非淹没植被受力运 动的平衡偏微分方程； S40、 基于有限差分算法构 建规则波作用下柔性非淹没植被二维动力的数 值模拟方法。 本发明量化了柔性非淹没植被与海 岸规则波的相互作用， 弥补了 现有柔性植被动力 模型在模拟柔性非淹没植被方面的不足， 拓宽了 柔性植被动力模 型的应用范围， 为进一步开发柔 性非淹没植被消浪数值模拟软件奠定基础， 并可 为海岸生态植被护岸的工程设计提供 科学依据。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 115358122 A 2022.11.18 CN 115358122 A 1.一种海岸柔 性非淹没植被二维动力的数值模拟方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S10、 提出波浪环境中柔 性非淹没植被二维运动的基本假设； S20、 创建模拟规则波驱动下柔 性非淹没植被运动的力学模式； S30、 构建规则波作用下柔 性非淹没植被受力运动的平衡偏微分方程； S40、 基于有限差分算法构建规则波作用下柔 性非淹没植被二维动力的数值模拟方法。 2.根据权利要求1所述的海岸柔性非淹没植被二维动力的数值模拟方法， 其特征在于， 步骤S10具体如下： S11、 将柔性非淹没植被概 化为理想化的弹性悬臂梁； S12、 假定植被具有连续 性、 均匀性和各向同性； S13、 植被仅作二维平面弯曲变形和摇摆运动； S14、 不考虑植被的折叠、 伸长和扭转现象； S15、 植被摆动方向与水质点 运动方向一 致； S16、 只考虑一个连续的淹没段 条件， 即植被存在出 水段时， 植被顶端不会被淹没。 3.根据权利要求1所述的一种海岸柔性非淹没植被二维动力的数值模拟方法， 其特征 在于， 步骤S20具体如下： S21、 非淹没植被的淹没段受内力和外力作用； 内力包括弯矩、 垂直于横截面的拉力和 垂直于轴线的剪力； 外力包括重力、 浮力和波浪力， 其中波浪力采用莫 里森公式来计算； S22、 非淹没植被的出 水段仅受内力、 净浮力和淹没段顶端动力作用。 4.根据权利要求1所述的一种海岸柔性非淹没植被二维动力的数值模拟方法， 其特征 在于， 步骤S3 0的平衡偏微分方程 为： 当0≤s≤hv时： 当hv≤s≤lv时： 式中： s为沿植被轴线方向至坐标原点的距离； hv为植被淹没长度； lv为植被总长度； FT 为拉力； E为植被材料弹性模量； I为截面惯性矩； θ为植被弯曲角； fF为单位长度表面摩擦 力； ρv为植被材料密度； V1为单位长度植被的排 水体积； 与 分别为植被水平和垂向运动加 速度； fIx与fIz分别为水平与垂向方向的单位长度惯性力； fB为竖直作用在控制体上的单位 长度净浮力； FT为垂直于横截面的拉力； fD为垂直于控制体轴线的单位长度拖曳力。 方程中单位长度力可由下式计算： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115358122 A 2fB＝( ρ‑ρv)gV1    (3) 式中： ρ为水密度； CD为拖曳力系数； bv为单位长度植被垂直于流体流动方向的投影面 积； uw与ww分别为水质点的水平与垂向速度； 与 分别为植被水平和垂向运动速度； Cf为摩 擦力系数； V2为与水动力附加质量系数有关的单位长度植被参考体积； 与 分别为水质 点的水平与垂向加速度； Cm为附加质量力系数。 5.根据权利要求1所述的一种海岸柔性非淹没植被二维动力的数值模拟方法， 其特征 在于， 步骤S40具体为： S41、 基于有限差分方法将连续的植被与时间区域离散为有限的网格节点， Δs与Δt分 别为空间步长和时间步长， i 为空间序号， k 为时间序号； S42、 使用k+1时刻的值替换k时刻的值来计算弯曲角对距离的三阶偏导； 求解过程中， 时间微商离散采用二 阶中心差分； 与此同时， 在方程绝对值和平方项中利用已知时刻变量 来计算时间微商； S43、 基于S41与S42构建S3 0中平衡偏微分方程的数值模拟方法： 当0≤s≤hv时： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115358122 A 3