完全非線性波作用下海洋結(jié)構(gòu)物的載荷與響應(yīng).pdf

1、隨著海洋工程向深海發(fā)展，海洋結(jié)構(gòu)物所處的海洋環(huán)境更趨惡劣，面對(duì)波浪爬升、相對(duì)運(yùn)動(dòng)和上浪等流體強(qiáng)非線性沖擊現(xiàn)象更加頻繁，這些都會(huì)對(duì)海洋結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生很大的局部沖擊破壞載荷。因此，基于攝動(dòng)法將波浪近似成線性、二階以及更高階的處理方法已經(jīng)不能滿足當(dāng)今海洋工程領(lǐng)域的需求，完全非線性數(shù)值波浪水池的構(gòu)建與應(yīng)用成為了新的熱點(diǎn)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(shù)——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(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)物相互作用研究以及非線性波浪與彈性結(jié)構(gòu)物相互作用研究三個(gè)方面，對(duì)國(guó)內(nèi)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(jié)構(gòu)相互作用的流固耦合數(shù)學(xué)模型，包括不可

3、壓縮流體的連續(xù)方程和N-S方程及結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程，完全非線性自由液面條件和物面條件，并提出相應(yīng)數(shù)值解法。
　　3）以商業(yè)軟件ANSYS14.5中的FLUENT模塊為平臺(tái)，通過程序接口加載UDF程序進(jìn)行二次開發(fā)，采用設(shè)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(jìn)一步擴(kuò)展到三維。通過Stokes三階波的模擬，與波浪的理論解進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)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(jié)構(gòu)物上浪問題，將得到的上浪水位高度值與文獻(xiàn)中的試驗(yàn)結(jié)果相比對(duì)，驗(yàn)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(jié)構(gòu)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(duì)結(jié)構(gòu)物運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和上浪情況的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了三維固定形式結(jié)構(gòu)物和自由浮動(dòng)結(jié)構(gòu)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(jī)理，重現(xiàn)了甲板上浪的完整過程。
　　6）進(jìn)一步研究了彈性