個々の配管要素が流体力学的影響による荷重を受けるモデル化ができます。
これらの流体の影響は、配管要素に風荷重と同様に、しかし、かなり複雑に作用します。
波動理論と潮流の詳細情報により、節点での水の粒子速度と加速度が計算されます。 これらのパラメーターが決定されると、要素に働く荷重はモリソン (Morrison) 式で次のように表すことができます。 F = ½ * r * Cd * D * U * |U| + p/4 * r* Cm * D2* A.
ここで:
r - 流体密度
Cd- 抗力係数
D - 管外径
U - 粒子速度
Cm - 慣性係数
A - 粒子加速度
粒子速度と加速度は、ベクトル量で適用される波浪と潮流の影響を含んでいます。 さらに、モリソン (Morrison) 式による荷重に加えて、配管要素は揚力と浮力を受けます。 揚力は、速度ベクトルと要素の軸で構成される平面に垂直に作用する荷重として定義されます。 揚力は次の式で定義されます:
Fl = ½ *r * Cl * D * U2
ここで:
r - 流体密度
Cl - 揚力係数
D - 管外径
U - 粒子速度
浮力は、要素が排除する流体体積に等しい重量が鉛直上方に作用します。
配管系は、標準的な有限要素の方程式で表すことができます:
[K] {x} = {f}
ここで:
[K] - 全システムの全体剛性マトリックス
{x} - 解くべき変位 / 回転ベクトル
{f} - 全体荷重ベクトル
疑似静的流体力学荷重の計算 (Calculate pseudo-static hydrodynamic loading)
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適切な位置での流体力学影響により生成された要素荷重 {f} を重量、圧力、温度と同じように要素に設定します。
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標準的な有限要素法の解法に従って全体剛性マトリックス [K] と荷重ベクトル {f} を作成します。
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変位量 {x} を得て要素の断面力を計算します。
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要素の断面力から要素の応力を計算します。
浮力を除いて、要素に作用するすべての流体力学的荷重は、粒子速度と加速度の関数になります。