基于数值波浪水池的导管架平台流固耦合动态特性研究
本文选题:数值波浪水池 + 摇板造波 ; 参考:《东北石油大学》2017年硕士论文
【摘要】:伴随海洋能源的开发,在建立海洋工程的同时,研究者们越来越关注波浪与结构物之间的作用关系,同时随着计算机技术的兴起波浪也可由多种方式实现。在数值波浪水池的基础上实现造波的功能从而模拟波浪载荷与结构物的相互作用问题已成为水动力学者的研究热点。因此,本文研究的重点内容是在数值波浪水池的基础上,利用流固耦合原理模拟固体与流场之间的动态响应特性,主要工作及其研究成果包括以下几项:第一,分析介绍了数值波浪水池和流固耦合的背景意义及国内外的发展现状。同时,为实现水池的建立及耦合的模拟引入了计算流体力学波浪理论和流固耦合基本原理等相关概念。第二,采用摇板造波的原理,利用流体体积法(VOF)追踪自由面的变化情况,结合RNGk-?模型并求解N-S方程,以二次开发软件UDF宏命令编写程序,通过对相应参数及边界条件的设置建立了二维、三维数值波浪水池。同时,在二维、三维数值水池的模拟中均对比了摇板造波情况下阻尼层消波及斜坡消波的消波效果。通过监测面得到的数据将模拟后的结果与理论结果进行对比,两种数值水池模型都得出了阻尼层消波的消波效果高于斜坡消波效果的结论,得到了比较令人满意的效果。第三,基于数值波浪水池造波、消波功能,分析了桩基式导管架平台在流固耦合作用下的动态响应特性。首先,通过建立导管架模型,对单向耦合环境下部分导管架的动态响应特性进行了分析,通过数据处理得出了在单向耦合作用下结构物所受的压力和最大等效应力值的变化规律。其次,对桩腿建立有限元模型并对比了其在单、双向耦合作用下波浪与平台桩腿的动态响应结果。由桩腿所受的压力和最大等效应力值的变化规律得出了双向流固耦合更符合实际工程需求的结论。
[Abstract]:With the development of ocean energy, researchers pay more and more attention to the interaction between waves and structures, and with the rise of computer technology, waves can be realized in many ways. On the basis of numerical wave pool, it has become a hot topic for hydrodynamists to simulate the interaction between wave loads and structures by realizing the function of wave-making. Therefore, the main content of this paper is to simulate the dynamic response characteristics between solid and flow field by using the principle of fluid-solid coupling on the basis of numerical wave pool. The main work and research results are as follows: first, The background significance of numerical wave pool and fluid-solid coupling and its development status at home and abroad are analyzed and introduced. At the same time, the related concepts such as wave theory of computational fluid dynamics and the basic principle of fluid-structure coupling are introduced for the establishment and coupling simulation of water pool. Secondly, the principle of wave-making with rocking plate is used to track the change of free surface by using the fluid volume method (VOF), combining with RNGk-RNG? The N-S equation is solved and the program is written by using the secondary development software UDF macro command. The two-dimensional and three-dimensional numerical wave pools are established by setting the corresponding parameters and boundary conditions. At the same time, in the simulation of two-dimensional and three-dimensional numerical pools, the wave suppression effects of damping layer and slope are compared. The simulation results are compared with the theoretical results by the data obtained from the monitoring surface. The results of the two numerical water pool models show that the wave dissipation effect of damping layer is higher than that of slope wave suppression, and a more satisfactory result is obtained. Thirdly, based on the wave generation and wave dissipation function of numerical wave pool, the dynamic response characteristics of pile-foundation jacket platform under fluid-structure coupling are analyzed. Firstly, the dynamic response characteristics of partial jacket in unidirectional coupling environment are analyzed by establishing a jacket model. The variation of the pressure and the maximum equivalent effect force on the structure subjected to unidirectional coupling is obtained by data processing. Secondly, the finite element model of pile leg is established and the dynamic response results of wave and platform pile leg under single and bidirectional coupling are compared. According to the variation law of the pressure and the maximum equivalent effect force on the pile leg, the conclusion is drawn that the two-way fluid-solid coupling is more in line with the actual engineering requirements.
【学位授予单位】:东北石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P742
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 唐耀;邹早建;;二维黏性流数值波浪水池的开发与验证[J];水动力学研究与进展A辑;2013年05期
2 方昭昭;朱仁传;缪国平;;数值波浪水池中航行船舶辐射问题的数值模拟[J];水动力学研究与进展A辑;2011年01期
3 赵艳;朱仁庆;刘珍;;三维数值波浪水池的构建和粘性影响研究[J];舰船科学技术;2014年05期
4 方昭昭;朱仁传;缪国平;杨雄辉;;基于数值波浪水池的波浪中船舶水动力计算[J];水动力学研究与进展A辑;2012年05期
5 严汝建;庞永杰;李宏伟;孙哲;;深水池造波系统数值造波仿真研究[J];哈尔滨工程大学学报;2010年01期
6 梁修锋;杨建民;李俊;肖龙飞;李欣;;面向海洋工程应用的数值波浪水池[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2011年02期
7 贺五洲,段文洋;二维数值波浪水池中的潜体绕射试验[J];清华大学学报(自然科学版);2001年12期
8 曹洪建;万德成;;基于naoe-FOAM-SJTU求解器构建三维数值波浪水池[J];复旦学报(自然科学版);2013年05期
9 聂红涛,袁德奎,陶建华;基于Boussinesq方程的数值波浪水池[J];港工技术;2005年02期
10 张杰;;基于多物理场的管道强度与模态分析(三)管道的流固耦合模态分析[J];CAD/CAM与制造业信息化;2014年04期
相关会议论文 前10条
1 兰波;缪泉明;姚木林;胡定健;向旭;;波浪水池消波装置选型的试验研究[A];第十三届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集[C];2007年
2 刘桦;;数值波浪水池与物理模型实验技术[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
3 吴乘胜;朱德祥;顾民;;基于NS方程的数值波浪水池构建[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年
4 金生;张楠;艾丛芳;;基于ALE-NS模型的数值波浪水池[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
5 崔尔杰;;流固耦合力学研究与应用进展[A];钱学森科学贡献暨学术思想研讨会论文集[C];2001年
6 王士召;何国威;张星;;柔性体涡诱导振荡的流固耦合模拟[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
7 王国斌;;单细胞受剪切流变的流固耦合数值模拟分析[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年
8 苏波;钱若军;;流固耦合方程的建立及耦合数据传递[A];庆祝刘锡良教授八十华诞暨第八届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2008年
9 鲍麟;余永亮;;粘弹性蜻蜓型翼挥拍的流固耦合求解途径初探[A];非定常空气动力学研讨会论文选集[C];2007年
10 文聘;叶红玲;刘海宏;;输流管流固耦合模态分析[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
相关博士学位论文 前10条
1 曹洪建;海洋工程粘性数值波浪水池开发及应用[D];上海交通大学;2014年
2 殷涛;流固耦合正反散射问题的数值方法[D];重庆大学;2015年
3 郑荣跃;考虑热流固耦合效应的软黏土—结构爆炸动力响应分析[D];国防科学技术大学;2014年
4 高兴龙;物伞流固耦合及多体系统动力学研究[D];国防科学技术大学;2016年
5 樊玉新;降落伞系统流固耦合数值模拟[D];南京航空航天大学;2015年
6 周忠宁;对旋轴流风机流固耦合特性研究及其基于非线性动力学的应用[D];中国矿业大学;2009年
7 孙芳锦;膜结构风振流固耦合效应和风致雪压的理论分析及数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
8 雷凡;水下柔性结构流固耦合动力效应研究[D];武汉理工大学;2011年
9 王自明;油藏热流固耦合模型研究及应用初探[D];西南石油学院;2002年
10 金景旭;汽车碰撞人体头部流固耦合模型及伤害机理研究[D];吉林大学;2015年
相关硕士学位论文 前10条
1 顾思琪;完全非线性波作用下海洋结构物的载荷与响应[D];江苏科技大学;2015年
2 白留祥;“点头鸭”波浪能装置的水动力学特性及效率研究[D];华北电力大学;2015年
3 孙哲;二维数值波浪水池研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
4 方昭昭;数值波浪水池中船舶辐射绕射的数值模拟[D];上海交通大学;2011年
5 尹波;基于CFD的数值波浪水池技术及强迫横摇数值实验研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 张崇伟;复合人工边界条件特性研究及在水波问题的应用[D];哈尔滨工程大学;2012年
7 夏向学;基于流固耦合物理模拟技术的顶板突水机理研究[D];华北科技学院;2015年
8 冯伟;流固耦合效应下离心压气机叶片响应分析[D];大连交通大学;2015年
9 康楠;流固耦合界面信息传递技术分析与数值风洞计算程序研制[D];西安建筑科技大学;2015年
10 王梅媚;微芯片塑封过程热—流—固耦合变形的数值模拟研究[D];南昌大学;2015年
,本文编号:1842997
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/1842997.html