【摘要】：針對(duì)布置在近岸淺�；驆u礁附近海域的浮式結(jié)構(gòu)物所面臨的“瀉湖內(nèi)外島礁旁、波流分布不均勻、海底條件變水深、臺(tái)風(fēng)多發(fā)風(fēng)浪大”等特點(diǎn),本文跨學(xué)科地把海洋波浪傳播理論與復(fù)雜邊界的三維勢(shì)流理論和三維水彈性力學(xué)時(shí)域理論結(jié)合起來(lái),建立了把淺海域復(fù)雜地理環(huán)境中的波浪傳播問(wèn)題與可變形超大型浮體的繞射/輻射波問(wèn)題耦合起來(lái)統(tǒng)一分析、把浮體周邊流場(chǎng)的描述和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析置于具有一致性的理論基礎(chǔ)上的“復(fù)雜淺海地形環(huán)境中波浪與超大型浮體水彈性響應(yīng)的直接耦合分析方法”。同時(shí),發(fā)展并應(yīng)用一整套考慮復(fù)雜地形和島礁遮蔽效應(yīng)影響的多模塊超大型浮體全系統(tǒng)水池模型試驗(yàn)技術(shù),通過(guò)試驗(yàn)考核,成功驗(yàn)證了該水彈性力學(xué)理論與分析方法的適用性和合理性。完成的主要研究工作如下:(1)在Wu(1984)建立的浮體三維水彈性力學(xué)方法的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步把海洋波浪傳播理論Boussinesq方程、Rankine源方法和三維水彈性力學(xué)時(shí)域理論相結(jié)合,建立了“復(fù)雜淺海地形環(huán)境中波浪與超大型浮體水彈性響應(yīng)的直接耦合分析方法”,包括基礎(chǔ)理論及相關(guān)的數(shù)值求解方法,編制了相應(yīng)的計(jì)算程序和軟件THAFTS-BR。(2)將近岸水波動(dòng)力學(xué)與浮體三維水彈性力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)結(jié)合起來(lái),在國(guó)內(nèi)外首次應(yīng)用可以考慮近島礁復(fù)雜環(huán)境條件和超大型浮體動(dòng)響應(yīng)相互耦合的水池模型試驗(yàn)方法術(shù),為復(fù)雜環(huán)境條件下超大型浮體水彈性響應(yīng)分析方法及軟件的驗(yàn)證、響應(yīng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)及設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)考核提供了技術(shù)基礎(chǔ)。(3)針對(duì)布置于島礁附近的單模塊和三模塊超大型浮體,開展了復(fù)雜海底地形淺海域超大型浮體水彈性響應(yīng)分析,并通過(guò)與水池模型試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,進(jìn)一步驗(yàn)證了本文建立的理論方法的適用性。同時(shí),通過(guò)與均勻水深情況下的計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析,給出了復(fù)雜海底地形對(duì)超大型浮體水彈性響應(yīng)影響的一般性規(guī)律,為今后布置于近岸或島礁附近的超大型浮體的動(dòng)響應(yīng)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)與總體規(guī)劃等提供了良好條件。(4)基于THAFTS-BR軟件開展了非均勻波浪條件下八模塊超大型浮體的水彈性響應(yīng)的計(jì)算分析,給出了規(guī)則波和不規(guī)則波工況下波浪傳播演化、浮體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和連接器載荷響應(yīng)的變化規(guī)律,并通過(guò)了與水池模型試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證;與均勻波浪條件下結(jié)果的比較顯示,非均勻波浪條件下超大型浮體的連接器載荷響應(yīng)明顯增大,說(shuō)明了在島礁海域復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行超大型浮體動(dòng)響應(yīng)預(yù)報(bào)時(shí)考慮非均勻遭遇波浪條件的重要性。(5)針對(duì)南海建設(shè)需求,開展了百米級(jí)島礁建設(shè)浮式平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)、載荷和總強(qiáng)度的系列水彈性力學(xué)響應(yīng)分析,為其在近島礁復(fù)雜環(huán)境條件中的功能適用性與結(jié)構(gòu)安全性提供了評(píng)估結(jié)論和設(shè)計(jì)依據(jù),該平臺(tái)已完成建造,實(shí)現(xiàn)了研究成果工程應(yīng)用成功轉(zhuǎn)化。本文建立的“復(fù)雜環(huán)境中超大型浮體水彈性響應(yīng)直接耦合分析方法”及相關(guān)的水池試驗(yàn)技術(shù),基本解決了計(jì)及海域深淺過(guò)渡、海底地形變化、波浪時(shí)空不均勻、浮體超大型多模塊等前所未有的復(fù)雜內(nèi)涵的水彈性力學(xué)問(wèn)題,為復(fù)雜淺海地理與波浪環(huán)境中全系統(tǒng)超大型浮體的響應(yīng)與結(jié)構(gòu)安全性預(yù)報(bào)、設(shè)計(jì)評(píng)估與優(yōu)化提供了有效的技術(shù)和手段。
【圖文】：

水池模型試驗(yàn)

島礁海域與浮體耦合的不均勻分布的波浪譜
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)艦船研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U661

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2629936