本文關鍵詞：完全非線性波作用下海洋結構物的載荷與響應

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【摘要】：隨著海洋工程向深海發(fā)展,海洋結構物所處的海洋環(huán)境更趨惡劣,面對波浪爬升、相對運動和上浪等流體強非線性沖擊現(xiàn)象更加頻繁,這些都會對海洋結構物產(chǎn)生很大的局部沖擊破壞載荷。因此,基于攝動法將波浪近似成線性、二階以及更高階的處理方法已經(jīng)不能滿足當今海洋工程領域的需求,完全非線性數(shù)值波浪水池的構建與應用成為了新的熱點課題。本文基于粘流理論、流固耦合理論和自由液面追蹤技術——VOF(Volume of Fluid)法,以不可壓縮流體的連續(xù)方程和N-S方程及結構動力學方程為基本控制方程,采用完全非線性自由液面條件和物面條件,建立了波浪與三維結構物相互作用的完全非線性數(shù)值模型,就完全非線性波與海洋結構物的相互作用問題主要開展了以下工作:1)圍繞數(shù)值波浪水池研究、非線性波浪與結構物相互作用研究以及非線性波浪與彈性結構物相互作用研究三個方面,對國內(nèi)外的波物相互作用課題研究現(xiàn)狀作了較為全面的綜述。2)基于粘流理論,建立了波浪與結構相互作用的流固耦合數(shù)學模型,包括不可壓縮流體的連續(xù)方程和N-S方程及結構動力學方程,完全非線性自由液面條件和物面條件,并提出相應數(shù)值解法。3)以商業(yè)軟件ANSYS14.5中的FLUENT模塊為平臺,通過程序接口加載UDF程序進行二次開發(fā),采用設置速度入口造波方法和阻尼消波方法,建立了二維粘性數(shù)值波浪水池,并進一步擴展到三維。通過Stokes三階波的模擬,與波浪的理論解進行了對比分析,結果表明波浪數(shù)值水池具有良好的造波和消波功能。4)數(shù)值模擬了二維固定結構物上浪問題,將得到的上浪水位高度值與文獻中的試驗結果相比對,驗證了本文提出方法的可行性及正確性。5)建立了二維浮式結構物與波浪相互作用的完全非線性數(shù)值模型,探究了不同波浪要素和不同干舷高度對結構物運動響應和上浪情況的影響。在此基礎上進一步研究了三維固定形式結構物和自由浮動結構物與完全非線性波的相互作用,得到了上浪水位高度和沖擊載荷等重要參數(shù),分析了甲板上浪機理,重現(xiàn)了甲板上浪的完整過程。6)進一步研究了彈性浮體與波浪的耦合作用,對彈性浮體的應力應變值進行了分析,觀察了不同時刻彈性體在波浪中的姿態(tài),分析了較容易發(fā)生應力應變集中的位置。
【關鍵詞】：數(shù)值水池 完全非線性波 流固耦合 甲板上浪 彈性浮體
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U661
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-25
• 1.1 課題研究背景及意義13-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述15-23
• 1.2.1 數(shù)值波浪水池的研究15-18
• 1.2.2 非線性波浪與結構物相互作用研究進展18-22
• 1.2.3 非線性波浪與彈性結構物相互作用研究進展22
• 1.2.4 尚需開展的工作22-23
• 1.3 本文主要內(nèi)容23
• 1.4 本文創(chuàng)新點23-25
• 第2章 波浪與結構耦合作用理論及數(shù)值方法25-39
• 2.1 物理模型26-29
• 2.1.1 流體運動控制方程26-27
• 2.1.2 結構運動控制方程27-28
• 2.1.3 邊界條件和初始條件28-29
• 2.2 數(shù)值求解29-35
• 2.2.1 求解域的離散29-30
• 2.2.2 方程的離散形式30-32
• 2.2.3 有限體積法離散方程的求解32-35
• 2.2.4 自由液面的跟蹤方法35
• 2.3 流固耦合實現(xiàn)方法35-37
• 2.3.1 雙向流固耦合流程35-37
• 2.3.2 流固耦合系統(tǒng)中的有限元方程37
• 2.4 本章小結37-39
• 第3章 基于粘流理論的波浪的數(shù)值模擬39-51
• 3.1 波浪理論39-42
• 3.1.1 線性波理論39-40
• 3.1.2 非線性波理論40-42
• 3.2 二維粘流數(shù)值波浪水池42-47
• 3.2.1 數(shù)值模型42-43
• 3.2.2 消波設置43
• 3.2.3 計算結果及分析43-47
• 3.3 三維粘流數(shù)值波浪水池47-50
• 3.3.1 數(shù)值模型和邊界條件設置47-48
• 3.3.2 計算結果與分析48-50
• 3.4 本章小結50-51
• 第4章 二維浮式結構與波浪完全非線性相互作用51-63
• 4.1 流固耦合實現(xiàn)過程51
• 4.2 二維甲板上浪驗證實例51-53
• 4.2.1 計算模型說明52
• 4.2.2 計算結果52-53
• 4.3 浮式結構物與完全非線性波相互作用數(shù)值模擬53-62
• 4.3.1 計算模型說明53-56
• 4.3.2 波浪要素的影響分析56-60
• 4.3.3 浮體干舷高度的影響分析60-61
• 4.3.4 浮體與非線性波浪的相互作用61-62
• 4.4 本章小結62-63
• 第5章 三維浮式結構物與波浪完全非線性相互作用63-79
• 5.1 固定結構甲板上浪數(shù)值模擬63-70
• 5.1.1 計算模型說明63-65
• 5.1.2 計算結果及分析65-70
• 5.2 浮動結構物與波浪的相互作用70-73
• 5.2.1 幾何模型70
• 5.2.2 坐標系70-72
• 5.2.3 計算結果及分析72-73
• 5.3 彈性浮式結構物與波浪的相互作用73-78
• 5.3.1 幾何模型73-74
• 5.3.2 計算結果及分析74-78
• 5.4 本章小結78-79
• 第6章 總結與展望79-81
• 6.1 總結79-80
• 6.2 展望80-81
• 參考文獻81-87
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文87-89
• 致謝89-90

【參考文獻】

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2 宋帥;尤云祥;魏崗;;孤立波與直墻式多孔介質(zhì)結構相互作用數(shù)值分析[J];海洋工程;2007年04期

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本文編號：932645