核电站防波堤抗海啸漂浮物冲击数值计算方法与应用
发布时间：2021-05-22 21:56
海啸作为一种破坏力极强的自然灾害，近年来给相关国家和地区造成了严重的人员伤亡和财产损失。2011年日本大海啸所引起的福岛核泄漏事故让人们再次认识到研究海啸防灾减灾的重要性。目前，学者们主要关心的是预警系统的建立、海啸波的数值模拟以及危险性分析等问题，而对陆上建筑抵抗海啸波及其漂浮物冲击研究较少。随着计算机计算能力的提高以及数值计算理论的发展，数值模拟方法已经成为研究复杂动力学问题的重要手段。本文结合工程实际，基于全三维有限元建模技术，利用上海超级计算机中心“蜂鸟”集群高性能计算平台，对海啸及其漂浮物作用下防波堤的动态响应进行数值模拟研究。主要研究内容包括：研究防波堤流固耦合有限元建模基本理论和方法。从流体的处理方式和模型数值计算方法的角度，研究了多物质ALE方法的相关理论和显式中心差分算法。确定有限元模型各部分的材料模型及单元模型。流体材料采用本构模型和状态方程共同描述，防波堤材料采用线弹性材料描述，流体采用多物质ALE单元描述，防波堤以及集装箱骨架采用Lagrangian描述下的常应力单元，而造波板、皮卡车以及集装箱外皮采用Belytschko-Tsay单元。研究了防波堤各部分相互作...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 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、意义和课题来源
1.1.1 研究背景及意义
1.1.2 课题来源
1.2 海啸防灾减灾研究现状综述
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 海啸防灾减灾研究分析结果
1.3 流固耦合动力学计算方法综述
1.3.1 流固耦合问题特点及分类
1.3.2 流固耦合数值模拟研究
1.4 ALE 有限元研究进展综述
1.4.1 ALE 方法特点描述
1.4.2 ALE 描述研究进展
1.4.3 ALE 有限元法在流固耦合问题中的应用
1.5 本文的研究内容
第二章 基于 ALE 描述的有限元方法
2.1 引言
2.2 ALE 描述下的运动方程
2.3 ALE 描述的控制方程及边界条件
2.3.1 质量守恒方程
2.3.2 动量守恒方程
2.3.3 能量守恒方程
2.3.4 ALE 描述的边界条件
2.4 弱可压缩流体的 ALE 形式
2.5 显式动力学计算理论
2.5.1 显式积分算法
2.5.2 显式中心差分算法的时步控制
2.6 小结
第三章 防波堤流固耦合有限元建模方法
3.1 引言
3.2 材料模型
3.2.1 流体材料模型
3.2.2 结构材料模型
3.3 单元模型
3.3.1 多物质 ALE 单元模型
3.4 三维接触算法
3.4.1 接触的搜索与计算
3.4.2 接触算法的实现
3.4.3 摩擦力的计算
3.5 流体-结构耦合算法
3.6 沙漏模态
3.7 小结
第四章 防波堤抗海啸波冲击动态响应分析
4.1 引言
4.2 空气-海水-防波堤有限元模型
4.3 数值造波
4.3.1 孤立波造波原理
4.3.2 造波板时程曲线
4.3.3 数值波浪
4.4 无漂浮物时防波堤动态响应分析
4.4.1 挡浪墙所受波浪力
4.4.2 动态响应分析
4.5 小结
第五章 防波堤抗海啸漂浮物冲击动态响应分析
5.1 引言
5.2 有海上漂浮物时防波堤动态响应分析
5.2.1 有限元模型
5.2.2 海上漂浮物质量对防波堤动态响应的影响
5.3 有陆上漂浮物时防波堤动态响应分析
5.3.1 有限元模型
5.3.2 陆上漂浮物质量对防波堤动态响应的影响
5.3.3 陆上漂浮物与后挡浪墙距离对防波堤动态响应的影响
5.4 小结
第六章 全文总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 本文主要创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间参与课题及发表论文情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料薄膜充气床垫的多物质ALE数值模拟[J]. 杨颜志,金先龙,张伟伟. 振动与冲击. 2012(08)
[2]东日本大地震灾害考察报告[J]. 中日联合考察团,周福霖,崔鸿超,安部重孝,吕西林,孙玉平,李振宝,李爱群,冯德民,李英民,薛松涛,包联进. 建筑结构. 2012(04)
[3]福岛核事故对我国核电安全发展的启示[J]. 马榕翊. 安全. 2012(03)
[4]越洋海啸的数值模拟及其对我国的影响分析[J]. 王培涛,于福江,赵联大,刘秋兴. 海洋学报(中文版). 2012(02)
[5]强耦合法在膜结构风振流固耦合分析中的程序实现与应用[J]. 孙芳锦,殷志祥,顾明. 振动与冲击. 2011(06)
[6]海啸波近岸共振响应的数值模拟及分析[J]. 张金凤. 防灾减灾工程学报. 2010(02)
[7]基于边界造波法的二阶Stokes波的数值生成[J]. 刘霞,谭国焕,王大国. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2010(01)
[8]风荷载作用下大型柔性储液结构动态响应仿真方法研究[J]. 张晓敏,金先龙,陈向东. 振动与冲击. 2009(05)
[9]对滨海核电厂防洪评价中海啸影响的一些认识[J]. 张爱玲. 核安全. 2008(04)
[10]弱耦合算法的实现及其应用[J]. 王彬,杨庆山. 工程力学. 2008(12)
博士论文
[1]海啸波生成、传播与爬高的数值模拟[D]. 赵曦.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]海啸在东海大陆架传播的研究与识别[D]. 董非非.中国地震局兰州地震研究所 2009
[2]海啸的数值模拟与视景仿真[D]. 李国泰.同济大学 2008
[3]基于数值模拟的我国地震海啸危险性分析研究[D]. 任叶飞.中国地震局工程力学研究所 2008
[4]大晃动粘性流体与储液容器的相互作用数值分析[D]. 李青.清华大学 2004
本文编号：3201726
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 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、意义和课题来源
1.1.1 研究背景及意义
1.1.2 课题来源
1.2 海啸防灾减灾研究现状综述
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 海啸防灾减灾研究分析结果
1.3 流固耦合动力学计算方法综述
1.3.1 流固耦合问题特点及分类
1.3.2 流固耦合数值模拟研究
1.4 ALE 有限元研究进展综述
1.4.1 ALE 方法特点描述
1.4.2 ALE 描述研究进展
1.4.3 ALE 有限元法在流固耦合问题中的应用
1.5 本文的研究内容
第二章 基于 ALE 描述的有限元方法
2.1 引言
2.2 ALE 描述下的运动方程
2.3 ALE 描述的控制方程及边界条件
2.3.1 质量守恒方程
2.3.2 动量守恒方程
2.3.3 能量守恒方程
2.3.4 ALE 描述的边界条件
2.4 弱可压缩流体的 ALE 形式
2.5 显式动力学计算理论
2.5.1 显式积分算法
2.5.2 显式中心差分算法的时步控制
2.6 小结
第三章 防波堤流固耦合有限元建模方法
3.1 引言
3.2 材料模型
3.2.1 流体材料模型
3.2.2 结构材料模型
3.3 单元模型
3.3.1 多物质 ALE 单元模型
3.4 三维接触算法
3.4.1 接触的搜索与计算
3.4.2 接触算法的实现
3.4.3 摩擦力的计算
3.5 流体-结构耦合算法
3.6 沙漏模态
3.7 小结
第四章 防波堤抗海啸波冲击动态响应分析
4.1 引言
4.2 空气-海水-防波堤有限元模型
4.3 数值造波
4.3.1 孤立波造波原理
4.3.2 造波板时程曲线
4.3.3 数值波浪
4.4 无漂浮物时防波堤动态响应分析
4.4.1 挡浪墙所受波浪力
4.4.2 动态响应分析
4.5 小结
第五章 防波堤抗海啸漂浮物冲击动态响应分析
5.1 引言
5.2 有海上漂浮物时防波堤动态响应分析
5.2.1 有限元模型
5.2.2 海上漂浮物质量对防波堤动态响应的影响
5.3 有陆上漂浮物时防波堤动态响应分析
5.3.1 有限元模型
5.3.2 陆上漂浮物质量对防波堤动态响应的影响
5.3.3 陆上漂浮物与后挡浪墙距离对防波堤动态响应的影响
5.4 小结
第六章 全文总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 本文主要创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间参与课题及发表论文情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料薄膜充气床垫的多物质ALE数值模拟[J]. 杨颜志,金先龙,张伟伟. 振动与冲击. 2012(08)
[2]东日本大地震灾害考察报告[J]. 中日联合考察团,周福霖,崔鸿超,安部重孝,吕西林,孙玉平,李振宝,李爱群,冯德民,李英民,薛松涛,包联进. 建筑结构. 2012(04)
[3]福岛核事故对我国核电安全发展的启示[J]. 马榕翊. 安全. 2012(03)
[4]越洋海啸的数值模拟及其对我国的影响分析[J]. 王培涛,于福江,赵联大,刘秋兴. 海洋学报(中文版). 2012(02)
[5]强耦合法在膜结构风振流固耦合分析中的程序实现与应用[J]. 孙芳锦,殷志祥,顾明. 振动与冲击. 2011(06)
[6]海啸波近岸共振响应的数值模拟及分析[J]. 张金凤. 防灾减灾工程学报. 2010(02)
[7]基于边界造波法的二阶Stokes波的数值生成[J]. 刘霞,谭国焕,王大国. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2010(01)
[8]风荷载作用下大型柔性储液结构动态响应仿真方法研究[J]. 张晓敏,金先龙,陈向东. 振动与冲击. 2009(05)
[9]对滨海核电厂防洪评价中海啸影响的一些认识[J]. 张爱玲. 核安全. 2008(04)
[10]弱耦合算法的实现及其应用[J]. 王彬,杨庆山. 工程力学. 2008(12)
博士论文
[1]海啸波生成、传播与爬高的数值模拟[D]. 赵曦.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]海啸在东海大陆架传播的研究与识别[D]. 董非非.中国地震局兰州地震研究所 2009
[2]海啸的数值模拟与视景仿真[D]. 李国泰.同济大学 2008
[3]基于数值模拟的我国地震海啸危险性分析研究[D]. 任叶飞.中国地震局工程力学研究所 2008
[4]大晃动粘性流体与储液容器的相互作用数值分析[D]. 李青.清华大学 2004
本文编号：3201726
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3201726.html
