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畸形波的模拟及其与浮式结构物的相互作用分析

发布时间:2018-12-14 00:17
【摘要】:畸形波是一种瞬时存在、波高巨大的灾害性波浪,对航海及海洋工程设备具有较大的破坏性。目前,畸形波的理论方程存在局限性,其生成机制、影响因素等还尚不明确。由于畸形波出现的概率较低,实测资料较少,其研究工作仍处于初始阶段。有关畸形波与海洋浮式结构物相互作用的研究则更少。本文基于CFD方法来研究畸形波及其与浮式结构物的相互作用,主要研究内容和成果如下:(1)基于水动力学理论和结构动力学理论,建立波浪与结构物相互作用的流固耦合数学模型,包括不可压缩的连续性方程与N-S方程、经有限元离散后的线弹性结构动力学方程,以及自由液面、固液交界面、壁面边界、无限远场边界条件和初始条件等。(2)基于传统的线性波浪叠加理论,对CFD软件Fluent进行了二次开发,分别在二维和三维数值波浪水池中模拟畸形波。计算验证了极限聚焦波浪模型的局限性及组合波浪模型模拟畸形波的可行性。(3)基于双向流固耦合的原理与方法,结合切片理论,在二维数值波浪水池中建立了畸形波与刚性浮式结构物相互作用的数值模型,计算得到了波面变化及结构物的运动时历,并将计算结果与相关试验结果进行对照,验证了本文方法的可行性。在此基础上,通过一系列工况的计算,得到了结构物周围波面的变化情况、运动响应、表面上浪水位高度和砰击载荷等重要参数,并分析甲板上浪机理,实现了波浪翻卷、飞溅等流体强非线性过程的数值模拟。(4)在三维数值波浪水池中建立了畸形波与铝质浮箱相互作用的耦合数值模型,计算了浮箱在畸形波中的运动响应、水动力响应及结构响应等。
[Abstract]:The deformable wave is a kind of disaster wave with huge wave height, which is destructive to navigation and marine engineering equipment. At present, the theoretical equation of deformable wave has its limitations, and its generating mechanism and influencing factors are still unclear. Due to the low probability of abnormal waves and less measured data, the research work is still in the initial stage. There is less research on the interaction between deformable waves and marine floating structures. In this paper, the deformable waves and their interactions with floating structures are studied based on CFD method. The main contents and results are as follows: (1) based on hydrodynamic theory and structural dynamics theory, The fluid-solid coupling mathematical model of wave and structure interaction is established, including the incompressible continuity equation and N-S equation, the linear elastic structural dynamics equation after finite element discretization, and the interface between free liquid surface and solid-liquid interface. (2) based on the traditional linear wave superposition theory, the CFD software Fluent is developed to simulate the deformable waves in two-dimensional and three-dimensional numerical wave pools, respectively. The limitation of limit-focused wave model and the feasibility of combining wave model to simulate deformable wave are verified by calculation. (3) based on the principle and method of bidirectional fluid-solid coupling and slice theory, A numerical model of the interaction between deformable waves and rigid floating structures is established in a two-dimensional numerical wave pool. The wave surface variation and the time history of motion of the structures are obtained, and the calculated results are compared with the experimental results. The feasibility of this method is verified. On this basis, through a series of calculation conditions, the variation of wave surface around the structure, motion response, surface water level and slamming load are obtained, and the mechanism of deck wave rolling is analyzed. Numerical simulation of strong nonlinear process of spatter and other fluids. (4) the coupled numerical model of the interaction between deformable wave and aluminum floating box is established in the three-dimensional numerical wave pool, and the motion response of the floating box in the deformable wave is calculated. Hydrodynamic response and structural response etc.
【学位授予单位】:江苏科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P75;P731.22

【参考文献】

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本文编号:2377531

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