數(shù)值波浪模擬及其在海洋平臺動態(tài)特性分析中的應(yīng)用研究.pdf

1、深水自身式鉆井平臺波浪載荷的準(zhǔn)確計算一直是海洋工程領(lǐng)域的一個難題。提高波浪載荷的計算精度對于提升平臺的安全性和經(jīng)濟(jì)性具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本文以某型號自升式鉆井平臺為研究對象,通過計算流體力學(xué)軟件Fluent模擬三維數(shù)值波浪,運(yùn)用流固耦合的方法分別計算了自升式鉆井平臺桁架式樁腿和平臺主體受到的波浪載荷及其結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布。本文的主要工作內(nèi)容及研究成果有:
　　(1)研究了論文涉及的基礎(chǔ)理論,包括水動力學(xué)中的波浪理論和流固耦合基礎(chǔ)理論。波浪

2、理論部分包括線性波浪理論、Stokes波理論和隨機(jī)波浪理論,給出了其基本公式。流固耦合理論部分包括流體控制方程、邊界條件、結(jié)構(gòu)運(yùn)動方程和流固耦合的有限元法。
　　(2)仿照推板式造波機(jī)的造波原理,推導(dǎo)了基于推波板的動邊界造波法生成的線性波浪的波面方程。利用Fluent軟件中的UDF宏編制程序,實(shí)現(xiàn)了推波板的正弦運(yùn)動、多孔介質(zhì)消波以及Stokes三階波的波面模擬。采用壓力基求解器、VOF法和壓力速度耦合的PISO算法求解非定常湍流流

3、場,模擬波高為12m的三維數(shù)值波浪,包括線性波和Stokes三階波,并將得到的數(shù)值波形與理論波形相比較,證明利用CFD方法模擬波浪的可行性。
　　(3)建立了該型號自升式鉆井平臺的三維有限元模型。在桁架式樁腿和平臺主體的接觸區(qū)域采用綁定接觸模擬升降裝置中小齒輪和齒條的接觸形式,對該自升式鉆井平臺進(jìn)行了重力載荷作用下的預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析,分析結(jié)果表明自升式鉆井平臺的固有頻率較好地避開了波浪頻率,避免與波浪發(fā)生共振。
　　(4)提出