本文關(guān)鍵詞：完全非線性波作用下海洋結(jié)構(gòu)物的載荷與響應(yīng)

  更多相關(guān)文章： 數(shù)值水池 完全非線性波 流固耦合 甲板上浪 彈性浮體

【摘要】：隨著海洋工程向深海發(fā)展,海洋結(jié)構(gòu)物所處的海洋環(huán)境更趨惡劣,面對波浪爬升、相對運(yùn)動(dòng)和上浪等流體強(qiáng)非線性沖擊現(xiàn)象更加頻繁,這些都會對海洋結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生很大的局部沖擊破壞載荷。因此,基于攝動(dòng)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(dāng)今海洋工程領(lǐng)域的需求,完全非線性數(shù)值波浪水池的構(gòu)建與應(yīng)用成為了新的熱點(diǎn)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(shù)——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(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)物相互作用研究以及非線性波浪與彈性結(jié)構(gòu)物相互作用研究三個(gè)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(jié)構(gòu)相互作用的流固耦合數(shù)學(xué)模型,包括不可壓縮流體的連續(xù)方程和N-S方程及結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程,完全非線性自由液面條件和物面條件,并提出相應(yīng)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(jìn)行二次開發(fā),采用設(shè)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(jìn)一步擴(kuò)展到三維。通過Stokes三階波的模擬,與波浪的理論解進(jìn)行了對比分析,結(jié)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(jié)構(gòu)物上浪問題,將得到的上浪水位高度值與文獻(xiàn)中的試驗(yàn)結(jié)果相比對,驗(yàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)物運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和上浪情況的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了三維固定形式結(jié)構(gòu)物和自由浮動(dòng)結(jié)構(gòu)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(jī)理,重現(xiàn)了甲板上浪的完整過程。6)進(jìn)一步研究了彈性浮體與波浪的耦合作用,對彈性浮體的應(yīng)力應(yīng)變值進(jìn)行了分析,觀察了不同時(shí)刻彈性體在波浪中的姿態(tài),分析了較容易發(fā)生應(yīng)力應(yīng)變集中的位置。
【關(guān)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(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(jié)構(gòu)物相互作用研究進(jìn)展18-22
• 1.2.3 非線性波浪與彈性結(jié)構(gòu)物相互作用研究進(jìn)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(diǎn)23-25
• 第2章 波浪與結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)控制方程26-27
• 2.1.2 結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(shí)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(jié)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(shè)置43
• 3.2.3 計(jì)算結(jié)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(shè)置47-48
• 3.3.2 計(jì)算結(jié)果與分析48-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第4章 二維浮式結(jié)構(gòu)與波浪完全非線性相互作用51-63
• 4.1 流固耦合實(shí)現(xiàn)過程51
• 4.2 二維甲板上浪驗(yàn)證實(shí)例51-53
• 4.2.1 計(jì)算模型說明52
• 4.2.2 計(jì)算結(jié)果52-53
• 4.3 浮式結(jié)構(gòu)物與完全非線性波相互作用數(shù)值模擬53-62
• 4.3.1 計(jì)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(jié)62-63
• 第5章 三維浮式結(jié)構(gòu)物與波浪完全非線性相互作用63-79
• 5.1 固定結(jié)構(gòu)甲板上浪數(shù)值模擬63-70
• 5.1.1 計(jì)算模型說明63-65
• 5.1.2 計(jì)算結(jié)果及分析65-70
• 5.2 浮動(dòng)結(jié)構(gòu)物與波浪的相互作用70-73
• 5.2.1 幾何模型70
• 5.2.2 坐標(biāo)系70-72
• 5.2.3 計(jì)算結(jié)果及分析72-73
• 5.3 彈性浮式結(jié)構(gòu)物與波浪的相互作用73-78
• 5.3.1 幾何模型73-74
• 5.3.2 計(jì)算結(jié)果及分析74-78
• 5.4 本章小結(jié)78-79
• 第6章 總結(jié)與展望79-81
• 6.1 總結(jié)79-80
• 6.2 展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-87
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文87-89
• 致謝89-90

【參考文獻(xiàn)】

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號：932645