多浮体复杂结构物在波浪响应下的数值模拟研究

发布时间：2023-03-22 17:33

　　海上浮体与波浪相互作用的研究,是海洋工程领域重要的研究课题之一。浮体在外界的作用下会产生摇荡运动,在设计中需要了解浮体在波浪作用下的运动响应,以确保浮体的稳定性符合工作要求。因此,对浮体摇荡运动的仿真研究具有重要意义。本文为研究浮体在波浪作用下的运动响应,通过实验和数值模拟方法,分析浮体的运动响应及其稳定性。根据浮体在波浪水池中的实验,建立相应的数值仿真模型。数值模型基于计算流体力学软件,采用重叠网格、流体域体积、六自由体和多刚体系统动力学等方法进行建立。通过对比二级和三级海况下的实验数据,验证数值模型的准确性和适用性。然后预测四级和五级海况下的摇荡运动,分析斜浪和浮体本身结构对运动响应的影响,计算各级海况下浮体的稳定性,并对浮体提出优化方案。随着海况增加,浮体的运动响应剧烈,运动响应幅值和运动响应周期均增大。在斜浪作用下,浮体的运动响应随着波浪入射角变化而变化。经过稳定性计算,该浮体结构在计算海况内均能达到稳定性要求。改变浮体的质心或者浮心,可以对浮体进行优化设计,使其运动响应更加稳定。通过对浮体与波浪的相互作用进行数值仿真和实验研究,分析浮体在不同海况作用下的运动响应和稳定性,对浮...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 论文的选题背景及意义
    1.2 国内外研究现状综述
        1.2.1 浮体与波浪相互作用的研究状况及进展
    1.3 本文主要研究内容
2 数值模拟理论基础
    2.1 流体力学的控制方程
        2.1.1 连续性方程
        2.1.2 动量方程
        2.1.3 湍流模型
        2.1.4 波浪模型边界条件
    2.2 流体力学多相流模型
        2.2.1 数值模拟主要模型
        2.2.2 VOF模型基本理论
    2.3 重叠网格技术
        2.3.1 重叠网格挖洞技术
        2.3.2 重叠网格寻点技术
        2.3.3 重叠网格插值技术
        2.3.4 离散控制方程的有限体积法
    2.4 数值造波理论基础
        2.4.1 数值波浪模型
        2.4.2 斯托克斯波
    2.5 多浮体系统的水动力分析
        2.5.1 多浮体流场的速度势和水动力系数
        2.5.2 多浮体受到的波浪力和运动方程
        2.5.3 浮体动力学方程
    2.6 本章小结
3 数值模型的建立
    3.1 CFD软件介绍
    3.2 建立数值模型
        3.2.1 问题描述
        3.2.2 几何模型
        3.2.3 网格模型
        3.2.4 约束模型
        3.2.5 边界条件
    3.3 本章小结
4 浮体系统在波浪作用下的运动响应
    4.1 浮体系统的坐标系定义
    4.2 浮体系统在不同海况下运动响应的实验结果
        4.2.1 实验方案
        4.2.2 实验结果
    4.3 浮体系统在波浪作用下运动响应数值结果
        4.4.1 浮体系统与波浪相互作用的数值模型验证
        4.4.2 浮体系统在高海况下运动响应的数值预测
    4.4 本章小结
5 浮体系统的运动响应分析与优化
    5.1 浮体系统的平衡稳定性分析
        5.1.1 浮体的平衡稳定性
        5.1.2 铰接对浮体系统运动响应的影响
        5.1.3 波浪入射角对浮体运动响应的影响
    5.2 浮体系统的三种设计方案的对比及仿真分析
        5.2.1 浮体优化方案
        5.2.2 浮体系统优化仿真结果
    5.3 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3767297