本文關(guān)鍵詞：強(qiáng)非線性波與海洋浮式結(jié)構(gòu)物的相互作用

  更多相關(guān)文章： 非線性波 數(shù)值水池 波能聚焦 運(yùn)動(dòng)響應(yīng) 甲板上浪

【摘要】：隨著海洋工程向深海惡劣海域發(fā)展，人們對(duì)海洋環(huán)境的認(rèn)識(shí)也在逐步提高。在惡劣海浪作用下，可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的波浪爬升、相對(duì)運(yùn)動(dòng)和上浪等流體強(qiáng)非線性沖擊現(xiàn)象，這些都會(huì)對(duì)海洋浮式結(jié)構(gòu)及其正常作業(yè)產(chǎn)生很大的危害。關(guān)于海洋環(huán)境中水動(dòng)力系數(shù)的預(yù)報(bào)方法，傳統(tǒng)的勢(shì)流理論具有一定的局限性，很難考慮粘性和非線性的影響，本文基于時(shí)域方法和粘流理論，以不可壓縮流體的連續(xù)方程、N-S方程和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程為基本控制方程，利用軟件的二次開(kāi)發(fā)功能，建立粘性數(shù)值波浪水池，就強(qiáng)非線性波的生成及其與海洋浮式結(jié)構(gòu)物的相互作用問(wèn)題開(kāi)展了以下研究工作： （1）基于粘流理論，建立流固耦合的數(shù)學(xué)模型，詳細(xì)闡述了其求解方法�；谏逃密浖嗀NSYS14.0，以浸沒(méi)在靜止流體中的彈性梁為算例，驗(yàn)證了通過(guò)SystemCoupling模塊實(shí)現(xiàn)流固耦合計(jì)算的可行性。 （2）以ANSYS14.0中的CFD模塊FLUENT為平臺(tái)，通過(guò)程序接口加載UDF程序進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，，建立了具有造波、消波功能的數(shù)值波浪水池，并通過(guò)余弦波的模擬，對(duì)質(zhì)量源造波、設(shè)置速度入口造波、仿物理推板造波三種數(shù)值造波方法進(jìn)行了對(duì)比分析。 （3）通過(guò)推板造波法模擬具有不同波長(zhǎng)、波高的余弦波，研究粘性對(duì)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)及波高衰減的影響，并利用MATLAB軟件進(jìn)行回歸分析編程，對(duì)衰減規(guī)律進(jìn)行數(shù)值擬合研究，提出了一種擬合效果令人滿意的衰減公式形式。 （4）以JONSWAP譜描述不規(guī)則波的隨機(jī)特性，通過(guò)MATLAB數(shù)值計(jì)算得到有效的目標(biāo)譜頻譜范圍min~max，通過(guò)C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)組成波要素的計(jì)算和UDF程序的編寫(xiě)，通過(guò)波能聚焦的方式實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)非線性波的數(shù)值模擬。并且在深入探討聚焦點(diǎn)、推板運(yùn)動(dòng)與聚焦波形態(tài)之間的關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了一種通過(guò)MATLAB程序確定設(shè)計(jì)聚焦位置和聚焦時(shí)刻，以此提高聚焦波模擬精度的方法。 （5）在數(shù)值波浪水池中建立聚焦波浪與二維浮式結(jié)構(gòu)物相互作用的數(shù)值模型，通過(guò)一系列工況設(shè)置與計(jì)算，對(duì)浮體所受到的波浪力，漂移、垂蕩和橫搖等運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，甲板上浪與沖擊動(dòng)壓強(qiáng)等水動(dòng)力特性進(jìn)行分析，研究了橫剖面形狀、上層建筑、限制漂移、浮體放置地點(diǎn)和入射聚焦波幅值等因素在強(qiáng)非線性波與海洋浮式結(jié)構(gòu)物耦合作用中的影響。
【關(guān)鍵詞】：非線性波 數(shù)值水池 波能聚焦 運(yùn)動(dòng)響應(yīng) 甲板上浪
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U661
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目錄9-15
• 第1章 緒論15-28
• 1.1 課題研究背景及意義15-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-26
• 1.2.1 波浪分類與研究方法17-18
• 1.2.2 數(shù)值波浪水池的研究18-21
• 1.2.3 強(qiáng)非線性波浪的研究21-24
• 1.2.4 非線性波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用研究進(jìn)展24-25
• 1.2.5 小結(jié)25-26
• 1.3 本文主要內(nèi)容26
• 1.4 本文創(chuàng)新點(diǎn)26-28
• 第2章 數(shù)學(xué)模型與數(shù)值方法28-42
• 2.1 數(shù)學(xué)模型29-31
• 2.1.1 流體控制方程29-30
• 2.1.2 結(jié)構(gòu)控制方程30
• 2.1.3 邊界條件30-31
• 2.2 數(shù)值方法31-37
• 2.2.1 區(qū)域的離散方法31-32
• 2.2.2 方程的離散形式32-34
• 2.2.3 流場(chǎng)的求解方法34-36
• 2.2.4 自由液面的跟蹤方法36-37
• 2.3 流固耦合實(shí)現(xiàn)方法37-41
• 2.3.1 雙向流固耦合流程37-38
• 2.3.2 FSI 可行性算例驗(yàn)證38-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 第3章 二維數(shù)值波浪水池的構(gòu)建與研究42-56
• 3.1 規(guī)則波理論42-44
• 3.2 二維數(shù)值波浪水池44-52
• 3.2.1 數(shù)值模型44-45
• 3.2.2 質(zhì)量源造波45-46
• 3.2.3 設(shè)置速度入口造波46
• 3.2.4 仿物理推板造波46-47
• 3.2.5 阻尼消波47-48
• 3.2.6 計(jì)算結(jié)果及分析48-52
• 3.3 粘性影響研究52-55
• 3.3.1 RNG k 湍流模型52
• 3.3.2 計(jì)算工況設(shè)置52-53
• 3.3.3 粘性影響分析53-54
• 3.3.4 波高衰減擬合研究54-55
• 3.4 本章小結(jié)55-56
• 第4章 聚焦極限波浪的模擬與研究56-70
• 4.1 聚焦波理論56-58
• 4.2 聚焦波的數(shù)值模擬58-64
• 4.2.1 計(jì)算模型說(shuō)明58-60
• 4.2.2 聚焦波的形成過(guò)程及特性60-62
• 4.2.3 聚焦波的臨界破碎狀態(tài)62-64
• 4.3 生成聚焦波的方法探討64-69
• 4.3.1 計(jì)算工況說(shuō)明64-65
• 4.3.2 聚焦點(diǎn)、推板運(yùn)動(dòng)、聚焦波之間的關(guān)系探討65-67
• 4.3.3 生成良好聚焦波的方法67-69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 第5章 聚焦波與浮體的相互作用70-87
• 5.1 基本理論及假設(shè)70-71
• 5.2 數(shù)值模型71-75
• 5.2.1 計(jì)算模型說(shuō)明71
• 5.2.2 計(jì)算工況設(shè)置71-75
• 5.3 計(jì)算結(jié)果及分析75-85
• 5.3.1 聚焦波與半圓浮體的相互作用分析75-77
• 5.3.2 橫剖面形狀對(duì)物體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響77-79
• 5.3.3 上層建筑的影響79-82
• 5.3.4 限制漂移的影響82-83
• 5.3.5 浮體放置地點(diǎn)的影響83-84
• 5.3.6 聚焦波幅值的影響84-85
• 5.4 本章小結(jié)85-87
• 第6章 總結(jié)與展望87-89
• 6.1 總結(jié)87-88
• 6.2 展望88-89
• 參考文獻(xiàn)89-93
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文93-95
• 致謝95

【參考文獻(xiàn)】

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10 崔成;張寧川;;畸形波生成、演化過(guò)程時(shí)頻能量結(jié)構(gòu)研究[J];海洋工程;2011年03期

本文編號(hào)：1024860