强非线性波与海洋浮式结构物的相互作用

发布时间：2017-10-13 12:32

  本文关键词：强非线性波与海洋浮式结构物的相互作用

  更多相关文章： 非线性波 数值水池 波能聚焦 运动响应 甲板上浪

【摘要】：随着海洋工程向深海恶劣海域发展，人们对海洋环境的认识也在逐步提高。在恶劣海浪作用下，可能会产生严重的波浪爬升、相对运动和上浪等流体强非线性冲击现象，这些都会对海洋浮式结构及其正常作业产生很大的危害。关于海洋环境中水动力系数的预报方法，传统的势流理论具有一定的局限性，很难考虑粘性和非线性的影响，本文基于时域方法和粘流理论，以不可压缩流体的连续方程、N-S方程和结构动力学方程为基本控制方程，利用软件的二次开发功能，建立粘性数值波浪水池，就强非线性波的生成及其与海洋浮式结构物的相互作用问题开展了以下研究工作： （1）基于粘流理论，建立流固耦合的数学模型，详细阐述了其求解方法。基于商用软件ANSYS14.0，以浸没在静止流体中的弹性梁为算例，验证了通过SystemCoupling模块实现流固耦合计算的可行性。 （2）以ANSYS14.0中的CFD模块FLUENT为平台，通过程序接口加载UDF程序进行二次开发，，建立了具有造波、消波功能的数值波浪水池，并通过余弦波的模拟，对质量源造波、设置速度入口造波、仿物理推板造波三种数值造波方法进行了对比分析。 （3）通过推板造波法模拟具有不同波长、波高的余弦波，研究粘性对流体质点运动及波高衰减的影响，并利用MATLAB软件进行回归分析编程，对衰减规律进行数值拟合研究，提出了一种拟合效果令人满意的衰减公式形式。 （4）以JONSWAP谱描述不规则波的随机特性，通过MATLAB数值计算得到有效的目标谱频谱范围min~max，通过C语言编程实现组成波要素的计算和UDF程序的编写，通过波能聚焦的方式实现了强非线性波的数值模拟。并且在深入探讨聚焦点、推板运动与聚焦波形态之间的关系的基础上，提出了一种通过MATLAB程序确定设计聚焦位置和聚焦时刻，以此提高聚焦波模拟精度的方法。 （5）在数值波浪水池中建立聚焦波浪与二维浮式结构物相互作用的数值模型，通过一系列工况设置与计算，对浮体所受到的波浪力，漂移、垂荡和横摇等运动响应，甲板上浪与冲击动压强等水动力特性进行分析，研究了横剖面形状、上层建筑、限制漂移、浮体放置地点和入射聚焦波幅值等因素在强非线性波与海洋浮式结构物耦合作用中的影响。
【关键词】：非线性波 数值水池 波能聚焦 运动响应 甲板上浪
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-15
• 第1章 绪论15-28
• 1.1 课题研究背景及意义15-17
• 1.2 国内外研究现状17-26
• 1.2.1 波浪分类与研究方法17-18
• 1.2.2 数值波浪水池的研究18-21
• 1.2.3 强非线性波浪的研究21-24
• 1.2.4 非线性波浪与结构物相互作用研究进展24-25
• 1.2.5 小结25-26
• 1.3 本文主要内容26
• 1.4 本文创新点26-28
• 第2章 数学模型与数值方法28-42
• 2.1 数学模型29-31
• 2.1.1 流体控制方程29-30
• 2.1.2 结构控制方程30
• 2.1.3 边界条件30-31
• 2.2 数值方法31-37
• 2.2.1 区域的离散方法31-32
• 2.2.2 方程的离散形式32-34
• 2.2.3 流场的求解方法34-36
• 2.2.4 自由液面的跟踪方法36-37
• 2.3 流固耦合实现方法37-41
• 2.3.1 双向流固耦合流程37-38
• 2.3.2 FSI 可行性算例验证38-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第3章 二维数值波浪水池的构建与研究42-56
• 3.1 规则波理论42-44
• 3.2 二维数值波浪水池44-52
• 3.2.1 数值模型44-45
• 3.2.2 质量源造波45-46
• 3.2.3 设置速度入口造波46
• 3.2.4 仿物理推板造波46-47
• 3.2.5 阻尼消波47-48
• 3.2.6 计算结果及分析48-52
• 3.3 粘性影响研究52-55
• 3.3.1 RNG k 湍流模型52
• 3.3.2 计算工况设置52-53
• 3.3.3 粘性影响分析53-54
• 3.3.4 波高衰减拟合研究54-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第4章 聚焦极限波浪的模拟与研究56-70
• 4.1 聚焦波理论56-58
• 4.2 聚焦波的数值模拟58-64
• 4.2.1 计算模型说明58-60
• 4.2.2 聚焦波的形成过程及特性60-62
• 4.2.3 聚焦波的临界破碎状态62-64
• 4.3 生成聚焦波的方法探讨64-69
• 4.3.1 计算工况说明64-65
• 4.3.2 聚焦点、推板运动、聚焦波之间的关系探讨65-67
• 4.3.3 生成良好聚焦波的方法67-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 聚焦波与浮体的相互作用70-87
• 5.1 基本理论及假设70-71
• 5.2 数值模型71-75
• 5.2.1 计算模型说明71
• 5.2.2 计算工况设置71-75
• 5.3 计算结果及分析75-85
• 5.3.1 聚焦波与半圆浮体的相互作用分析75-77
• 5.3.2 横剖面形状对物体运动响应的影响77-79
• 5.3.3 上层建筑的影响79-82
• 5.3.4 限制漂移的影响82-83
• 5.3.5 浮体放置地点的影响83-84
• 5.3.6 聚焦波幅值的影响84-85
• 5.4 本章小结85-87
• 第6章 总结与展望87-89
• 6.1 总结87-88
• 6.2 展望88-89
• 参考文献89-93
• 攻读学位期间发表的学术论文93-95
• 致谢95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1024860