超大型浮体水弹性响应数值分析与试验研究

发布时间：2017-09-27 15:12

  本文关键词：超大型浮体水弹性响应数值分析与试验研究

  更多相关文章： 超大型浮体 势流理论 水弹性理论 特征函数展开法 模型试验

【摘要】：21世纪是海洋的世纪,浩瀚的海洋蕴含着丰富的海洋资源,近年来,随着海洋科学技术的不断发展与进步,海洋开发已经覆盖到海洋石油油气工业、海洋化学工业新兴产业领域。如何高效的利用海洋资源,加快海洋经济的发展直接关系到我国国民经济的发展,面对这一形势,我国有必要加大对海上超大型浮体的研究与开发。 超大型浮体的设计过程中最关键的环节是关于其水动力特性的研究,超大型浮体与传统的海洋结构物不同,传统的海洋浮式结构物都是被看做为刚体,采用刚体理论研究其水动力特性,忽略流场对结构的影响,而超大型浮体是一种极为扁平,柔度较大的海洋浮式结构物,其弹性变形是不能被忽略的,浮体的弹性变形甚至比刚体运动更为重要,超大型浮体与波浪的相互作用是一个非常复杂的流固耦合问题,波浪与浮体相互耦合作用,浮体结构的存在改变了流场,同时流场的变化也导致了浮体结构的弹性变形,因此必须将两者耦合起来,水弹性理论可以很好地解决这一问题,本文在势流理论的基础上采用水弹性理论预报超大型浮体的水弹性响应。 本文将波浪与超大型浮体的作用系统划分为三个区域,利用流场对称的特点采用特征函数展开法求解对称速度势和反对称速度势,最后得到流场的总速度势,在薄板理论的基础上建立超大型浮体的水弹性运动方程,采用模态叠加法求解得到超大型浮体的水弹性响应,本文还开展了超大型浮体水弹性响应的物理模型试验,采用21个位移传感器测得试验结果,将数值计算结果分别与国外学者的研究成果和本文的物理模型试验结果比较,均取得了较好的吻合效果。本文进一步讨论了水深、波长等环境参数对超大型浮体水弹性响应的影响,并比较了水弹性问题中几种较为常用的模态函数,为之后的研究提供了参考依据。
【关键词】：超大型浮体 势流理论 水弹性理论 特征函数展开法 模型试验
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 超大型浮体的研究意义8-10
• 1.2 超大型浮体的研究历程10-11
• 1.3 超大型浮体的应用11-15
• 1.3.1 海上浮桥11-12
• 1.3.2 海上娱乐设施12-13
• 1.3.3 海上储油设施13-14
• 1.3.4 海上浮动码头14
• 1.3.5 海上漂浮城市14-15
• 1.4 超大型浮体的水动力预报15-18
• 1.4.1 水弹性理论简介15-17
• 1.4.2 水弹性分析方法17-18
• 1.5 超大型浮体模型试验简介18-19
• 1.6 本论文主要研究内容19-20
• 2 基本理论20-28
• 2.1 流体基本方程20-21
• 2.2 边界条件21-23
• 2.3 边界条件的线性化23-25
• 2.4 求解速度势25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 超大型浮体水弹性频域分析28-40
• 3.1 基本假设29
• 3.2 模态函数29-32
• 3.3 特征函数法求解速度势32-38
• 3.3.1 入射势求解32-34
• 3.3.2 绕射势求解34-36
• 3.3.3 辐射势求解36-38
• 3.4 超大型浮体运动方程38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 超大型浮体水弹性响应数值计算40-51
• 4.1 程序开发与验证40-43
• 4.2 超大型浮体的固频率、广义质量和模态振型43
• 4.3 广义波浪激励力和广义水动力系数的计算43-46
• 4.4 不同环境因素对超大型浮体水弹性响应的影响46-49
• 4.4.1 水深及波长对超大型浮体水弹性响应的影响46-48
• 4.4.2 其他参数对浮体水弹性响应的影响48-49
• 4.5 本章小结49-51
• 5 超大型浮体水弹性模型试验51-66
• 5.1 试验方法52
• 5.2 相似准则52-54
• 5.2.1 几何相似52-53
• 5.2.2 水动力相似53
• 5.2.3 结构相似53-54
• 5.3 试验布置54-57
• 5.3.1 试验场地介绍54
• 5.3.2 试验仪器与设备介绍54-57
• 5.4 试验模型57-59
• 5.4.1 几何相似验证58
• 5.4.2 水动力相似验证58
• 5.4.3 结构相似验证58-59
• 5.5 试验结果分析59-65
• 5.6 本章小结65-66
• 6 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况71-72
• 致谢72-73

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1 朱林生，黄素逸，，戴遗山;浮体运动时域解的奇异性讨论[J];华中理工大学学报(社会科学版);1994年01期

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6 曾东;叶恒奎;孙江龙;;箱式浮体在波浪中的运动分析[J];中国舰船研究;2006年Z1期

7 王建方;李辉辉;徐正强;;两浮体在波浪中二阶漂移力的三维方法研究[J];船舶;2008年02期

8 林建国,陶尧森;浮体浅水非线性波动问题的 Boussinesq 方程求解方法[J];上海交通大学学报;1997年02期

9 万志男;;超大型浮体的水弹性响应分析[J];中国水运(下半月);2014年01期

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1 陈徐均;吴有生;崔维成;孙芦忠;;系泊浮体水弹性分析一阶主坐标的频率特征[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2001年

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3 韩满生;张淑华;;超大型浮体结构水弹性响应板模型分析[A];第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集[C];2005年

4 朱仁传;缪国平;尤云祥;李根国;;小间隙对多浮体系统水动力性能的影响[A];第七届全国水动力学学术会议暨第十九届全国水动力学研讨会文集（下册）[C];2005年

5 黄树权;黄少峰;黄国富;徐杰;;浮体一字门动水启闭过程的数值模拟研究[A];第二十三届全国水动力学研讨会暨第十届全国水动力学学术会议文集[C];2011年

6 孙昭晨;王环宇;;铰接多浮体耦合解析计算[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年

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9 王桂波;勾莹;滕斌;张建侨;;波浪与铰接多浮体系统相互作用的数值分析[A];第十六届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集（上册）[C];2013年

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1 陈徐均;浮体二阶非线性水弹性力学分析方法[D];中国船舶科学研究中心;2001年

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1 曾东;箱式浮体在波浪中的运动分析[D];华中科技大学;2007年

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本文编号：930378