复杂环境中超大型浮体水弹性响应直接耦合分析方法

发布时间：2020-04-16 19:15

【摘要】：针对布置在近岸浅海或岛礁附近海域的浮式结构物所面临的“泻湖内外岛礁旁、波流分布不均匀、海底条件变水深、台风多发风浪大”等特点,本文跨学科地把海洋波浪传播理论与复杂边界的三维势流理论和三维水弹性力学时域理论结合起来,建立了把浅海域复杂地理环境中的波浪传播问题与可变形超大型浮体的绕射/辐射波问题耦合起来统一分析、把浮体周边流场的描述和结构动力学分析置于具有一致性的理论基础上的“复杂浅海地形环境中波浪与超大型浮体水弹性响应的直接耦合分析方法”。同时,发展并应用一整套考虑复杂地形和岛礁遮蔽效应影响的多模块超大型浮体全系统水池模型试验技术,通过试验考核,成功验证了该水弹性力学理论与分析方法的适用性和合理性。完成的主要研究工作如下:(1)在Wu(1984)建立的浮体三维水弹性力学方法的基础上,进一步把海洋波浪传播理论Boussinesq方程、Rankine源方法和三维水弹性力学时域理论相结合,建立了“复杂浅海地形环境中波浪与超大型浮体水弹性响应的直接耦合分析方法”,包括基础理论及相关的数值求解方法,编制了相应的计算程序和软件THAFTS-BR。(2)将近岸水波动力学与浮体三维水弹性力学试验技术结合起来,在国内外首次应用可以考虑近岛礁复杂环境条件和超大型浮体动响应相互耦合的水池模型试验方法术,为复杂环境条件下超大型浮体水弹性响应分析方法及软件的验证、响应机理的认识及设计方案试验考核提供了技术基础。(3)针对布置于岛礁附近的单模块和三模块超大型浮体,开展了复杂海底地形浅海域超大型浮体水弹性响应分析,并通过与水池模型试验结果的对比,进一步验证了本文建立的理论方法的适用性。同时,通过与均匀水深情况下的计算结果对比分析,给出了复杂海底地形对超大型浮体水弹性响应影响的一般性规律,为今后布置于近岸或岛礁附近的超大型浮体的动响应分析、优化设计与总体规划等提供了良好条件。(4)基于THAFTS-BR软件开展了非均匀波浪条件下八模块超大型浮体的水弹性响应的计算分析,给出了规则波和不规则波工况下波浪传播演化、浮体运动响应和连接器载荷响应的变化规律,并通过了与水池模型试验结果的对比验证;与均匀波浪条件下结果的比较显示,非均匀波浪条件下超大型浮体的连接器载荷响应明显增大,说明了在岛礁海域复杂环境中进行超大型浮体动响应预报时考虑非均匀遭遇波浪条件的重要性。(5)针对南海建设需求,开展了百米级岛礁建设浮式平台的运动、载荷和总强度的系列水弹性力学响应分析,为其在近岛礁复杂环境条件中的功能适用性与结构安全性提供了评估结论和设计依据,该平台已完成建造,实现了研究成果工程应用成功转化。本文建立的“复杂环境中超大型浮体水弹性响应直接耦合分析方法”及相关的水池试验技术,基本解决了计及海域深浅过渡、海底地形变化、波浪时空不均匀、浮体超大型多模块等前所未有的复杂内涵的水弹性力学问题,为复杂浅海地理与波浪环境中全系统超大型浮体的响应与结构安全性预报、设计评估与优化提供了有效的技术和手段。
【图文】：

水池模型试验

岛礁海域与浮体耦合的不均匀分布的波浪谱
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661

【参考文献】

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本文编号：2629936