畸形波对小尺度海工立柱式结构作用的数值模拟
发布时间：2023-05-30 23:02
极端波浪是影响海洋工程结构物正常工作和生存的最主要的海洋条件之一,而畸形波是其中一种极为特殊的强非线性极端波浪,具有出现频率高和随机瞬时发生的特性,一旦遭遇,它产生的巨大波浪载荷将对海洋工程结构物造成灾难性的危害,因此,畸形波与结构物相互作用方面的研究得到了国内外众多专家学者的重视。比较常见的海洋结构物多具有立柱结构,它们在多数海况下都具有小尺度的特点,开展畸形波与小尺度立柱结构相互作用的数值模拟研究具有重要的理论和实际工程意义。本文基于Fluent软件平台,构建了二维和三维波浪数值水槽,在指定时间和指定位置模拟了畸形波的生成;通过在水槽中加入小尺度垂直立柱结构,建立了畸形波与小尺度垂直立柱相互作用的模型。对比研究了畸形波与“同尺度”的线性规则波和二阶斯托克斯波对小尺度垂直立柱的冲击效应,并分析了相关因素对冲击效应的影响,主要结论如下:(1)二维和三维数值波浪水槽中的畸形波模拟值很好地拟合了理论值,四个畸形波特征参数与定义值误差基本不超过8%;(2)与畸形波相互作用时,小尺度垂直圆柱体波浪力、迎浪面上的波浪涌高和柱表面的动水压强显著增加,且远大于“同尺度”的线性规则波和二阶斯托克斯波的...
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 畸形波的研究进展
1.2.1 畸形波的定义
1.2.2 畸形波的生成机理
1.2.3 畸形波的数值模拟
1.3 极端波浪对小尺度垂直立柱冲击作用研究进展
1.3.1 理论公式推导
1.3.2 模型试验研究
1.3.3 数值模拟研究
1.4 本文主要工作及创新点
1.4.1 主要工作
1.4.2 创新点
第二章 FLUENT数值造波理论基础
2.1 数值波浪水槽的基本控制方程
2.2 数值波浪水槽的初始条件和边界条件
2.3 湍流模型
2.4 控制方程的离散方法
2.5 流场的计算算法
2.6 自由液面处理方法
2.7 造波和消波方法
2.7.1 造波方法
2.7.2 消波方法
2.8 UDF简介
2.9 本章小结
第三章 畸形波的数值模拟
3.1 二维微幅波的数值模拟
3.1.1 微幅波理论
3.1.2 二维波浪水槽的建立及网格划分
3.1.3 边界条件及求解设置
3.1.4 模拟结果分析
3.2 二维畸形波的模拟
3.2.1 随机波浪理论
3.2.2 畸形波的理论模型
3.2.3 Matlab中畸形波的程序实现
3.2.4 二维水槽中畸形波的数值模拟
3.3 三维畸形波的数值模拟及结果分析
3.3.1 三维波浪水槽尺寸及局部网格示意图
3.3.2 模拟结果分析
3.4 本章小结
第四章 畸形波对小尺度垂直圆柱体冲击效应的数值模拟
4.1 模型建立及验证
4.1.1 物理模型试验
4.1.2 数值模型设置
4.1.3 数值计算结果与可靠性分析
4.2 畸形波对小尺度垂直圆柱体作用特点分析
4.2.1 模型设置与网格划分
4.2.2 畸形波冲击垂直圆柱体的过程特点
4.3 畸形波与“同尺度”规则波及斯托克斯二阶波的对比
4.3.1 三种不同类型波浪的波浪力特点对比
4.3.2 三种不同类型波浪波面变化特点
4.3.3 三种不同类型波浪作用下圆柱表面动水压强变化特点
4.4 本章小结
第五章 畸形波冲击小尺度垂直圆柱体的影响因素分析
5.1 有效波高对畸形波冲击垂直圆柱体的影响
5.1.1 有效波高对波浪力的影响
5.1.2 有效波高对波面的影响
5.1.3 有效波高对圆柱体表面动水压强的影响
5.2 聚焦点位置变化对畸形波冲击垂直圆柱体的影响
5.2.1 聚焦点位置对波浪力的影响
5.2.2 聚焦点位置对波面的影响
5.2.3 聚焦点位置对圆柱体表面动水压强的影响
5.3 柱径对畸形波冲击垂直圆柱体的影响
5.3.1 柱径对波浪力的影响
5.3.2 柱径对波面的影响
5.3.3 柱径对圆柱体表面动水压强的影响
5.4 谱峰周期对畸形波冲击垂直圆柱体的影响
5.4.1 谱峰周期对波浪力的影响
5.4.2 谱峰周期对波面的影响
5.4.3 谱峰周期对圆柱体表面动水压强的影响
5.5 断面形状对畸形波冲击小尺度垂直立柱的影响
5.5.1 方柱的几何尺寸及网格划分
5.5.2 方柱与圆柱波浪力的对比
5.5.3 方柱与圆柱波面对比
5.5.4 方柱与圆柱柱面动水压强对比
5.6 本章小结
结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3825206
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 畸形波的研究进展
1.2.1 畸形波的定义
1.2.2 畸形波的生成机理
1.2.3 畸形波的数值模拟
1.3 极端波浪对小尺度垂直立柱冲击作用研究进展
1.3.1 理论公式推导
1.3.2 模型试验研究
1.3.3 数值模拟研究
1.4 本文主要工作及创新点
1.4.1 主要工作
1.4.2 创新点
第二章 FLUENT数值造波理论基础
2.1 数值波浪水槽的基本控制方程
2.2 数值波浪水槽的初始条件和边界条件
2.3 湍流模型
2.4 控制方程的离散方法
2.5 流场的计算算法
2.6 自由液面处理方法
2.7 造波和消波方法
2.7.1 造波方法
2.7.2 消波方法
2.8 UDF简介
2.9 本章小结
第三章 畸形波的数值模拟
3.1 二维微幅波的数值模拟
3.1.1 微幅波理论
3.1.2 二维波浪水槽的建立及网格划分
3.1.3 边界条件及求解设置
3.1.4 模拟结果分析
3.2 二维畸形波的模拟
3.2.1 随机波浪理论
3.2.2 畸形波的理论模型
3.2.3 Matlab中畸形波的程序实现
3.2.4 二维水槽中畸形波的数值模拟
3.3 三维畸形波的数值模拟及结果分析
3.3.1 三维波浪水槽尺寸及局部网格示意图
3.3.2 模拟结果分析
3.4 本章小结
第四章 畸形波对小尺度垂直圆柱体冲击效应的数值模拟
4.1 模型建立及验证
4.1.1 物理模型试验
4.1.2 数值模型设置
4.1.3 数值计算结果与可靠性分析
4.2 畸形波对小尺度垂直圆柱体作用特点分析
4.2.1 模型设置与网格划分
4.2.2 畸形波冲击垂直圆柱体的过程特点
4.3 畸形波与“同尺度”规则波及斯托克斯二阶波的对比
4.3.1 三种不同类型波浪的波浪力特点对比
4.3.2 三种不同类型波浪波面变化特点
4.3.3 三种不同类型波浪作用下圆柱表面动水压强变化特点
4.4 本章小结
第五章 畸形波冲击小尺度垂直圆柱体的影响因素分析
5.1 有效波高对畸形波冲击垂直圆柱体的影响
5.1.1 有效波高对波浪力的影响
5.1.2 有效波高对波面的影响
5.1.3 有效波高对圆柱体表面动水压强的影响
5.2 聚焦点位置变化对畸形波冲击垂直圆柱体的影响
5.2.1 聚焦点位置对波浪力的影响
5.2.2 聚焦点位置对波面的影响
5.2.3 聚焦点位置对圆柱体表面动水压强的影响
5.3 柱径对畸形波冲击垂直圆柱体的影响
5.3.1 柱径对波浪力的影响
5.3.2 柱径对波面的影响
5.3.3 柱径对圆柱体表面动水压强的影响
5.4 谱峰周期对畸形波冲击垂直圆柱体的影响
5.4.1 谱峰周期对波浪力的影响
5.4.2 谱峰周期对波面的影响
5.4.3 谱峰周期对圆柱体表面动水压强的影响
5.5 断面形状对畸形波冲击小尺度垂直立柱的影响
5.5.1 方柱的几何尺寸及网格划分
5.5.2 方柱与圆柱波浪力的对比
5.5.3 方柱与圆柱波面对比
5.5.4 方柱与圆柱柱面动水压强对比
5.6 本章小结
结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号：3825206
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