完全非線性波作用下海洋結構物的載荷與響應.pdf

1、隨著海洋工程向深海發(fā)展，海洋結構物所處的海洋環(huán)境更趨惡劣，面對波浪爬升、相對運動和上浪等流體強非線性沖擊現(xiàn)象更加頻繁，這些都會對海洋結構物產生很大的局部沖擊破壞載荷。因此，基于攝動法將波浪近似成線性、二階以及更高階的處理方法已經不能滿足當今海洋工程領域的需求，完全非線性數(shù)值波浪水池的構建與應用成為了新的熱點課題。本文基于粘流理論、流固耦合理論和自由液面追蹤技術——VOF(Volume of Fluid)法，以不可壓縮流體的連續(xù)方程和N-

2、S方程及結構動力學方程為基本控制方程，采用完全非線性自由液面條件和物面條件，建立了波浪與三維結構物相互作用的完全非線性數(shù)值模型，就完全非線性波與海洋結構物的相互作用問題主要開展了以下工作：
　　1）圍繞數(shù)值波浪水池研究、非線性波浪與結構物相互作用研究以及非線性波浪與彈性結構物相互作用研究三個方面，對國內外的波物相互作用課題研究現(xiàn)狀作了較為全面的綜述。
　　2）基于粘流理論，建立了波浪與結構相互作用的流固耦合數(shù)學模型，包括不可

3、壓縮流體的連續(xù)方程和N-S方程及結構動力學方程，完全非線性自由液面條件和物面條件，并提出相應數(shù)值解法。
　　3）以商業(yè)軟件ANSYS14.5中的FLUENT模塊為平臺，通過程序接口加載UDF程序進行二次開發(fā)，采用設置速度入口造波方法和阻尼消波方法，建立了二維粘性數(shù)值波浪水池，并進一步擴展到三維。通過Stokes三階波的模擬，與波浪的理論解進行了對比分析，結果表明波浪數(shù)值水池具有良好的造波和消波功能。
　　4）數(shù)值模擬了二維固

4、定結構物上浪問題，將得到的上浪水位高度值與文獻中的試驗結果相比對，驗證了本文提出方法的可行性及正確性。
　　5）建立了二維浮式結構物與波浪相互作用的完全非線性數(shù)值模型，探究了不同波浪要素和不同干舷高度對結構物運動響應和上浪情況的影響。在此基礎上進一步研究了三維固定形式結構物和自由浮動結構物與完全非線性波的相互作用，得到了上浪水位高度和沖擊載荷等重要參數(shù)，分析了甲板上浪機理，重現(xiàn)了甲板上浪的完整過程。
　　6）進一步研究了彈性