發(fā)布時間：2020-11-11 03:07

　　 浮式防波堤作為一種保護離岸作業(yè)設備以及島嶼岸灘免受波浪侵蝕的工程結(jié)構(gòu),已經(jīng)得到了廣泛的應用。雖然有很多學者專注于浮式防波堤的研究,但是面對長周期波浪消波效果較差的特點,依然未有有效地解決方案。應用成熟的商業(yè)化有限元軟件進行數(shù)值模擬固然有一定的可靠性,卻因有限元方法對粘性條件下波浪砰擊破碎現(xiàn)象求解精度的不足,導致研究結(jié)果與實際工程情況存在一定的偏差。針對目前有關(guān)浮式防波堤研究中存在的上述兩點不足,本文的主要研究內(nèi)容如下:1.對近年來有關(guān)浮式防波堤的國內(nèi)外研究成果進行總結(jié),歸納、分析目前的研究重點及不足之處并提出本文的研究內(nèi)容。2.采用基于粘性流理論的光滑粒子流體動力(SPH)法作為求解工具建立數(shù)值模型,通過收斂性分析,對SPH方法中影響求解精度的各項參數(shù)進行最優(yōu)化選取,并對SPH方法中的不足之處進行改善,確保程序運算的可靠性。通過在數(shù)值波浪水槽尾端添加壓力消波層,有效消除反射波對數(shù)值模擬結(jié)果的影響。最后與理論值對比,驗證本文采用的SPH數(shù)值波浪水槽精度滿足要求3.針對SPH程序中錨鏈力的缺失,本文基于錨鏈力集中質(zhì)量法分析方法,結(jié)合SPH法的粒子化特性,提出一種適用于SPH的動態(tài)錨鏈力計算方法,實現(xiàn)對浮式結(jié)構(gòu)物的錨固作用。并通過與試驗結(jié)果時歷曲線圖的對比,驗證本方法的可靠性。4.針對單道浮式防波堤對長周期波浪消波效果不理想的特點,提出應用雙道浮式防波堤及雙體浮式防波堤進行消波的方法,并通過數(shù)值模擬在相同工況條件下對兩者的透射系數(shù)、橫蕩幅值、垂蕩幅值及橫搖響應進行了系統(tǒng)的對比研究,得到不同的入射波高、波浪周期、浮體間距與防波堤水動力性能之間的關(guān)系。通過在不同間距情況下,對雙道浮式防波堤與雙體浮式防波堤透射系數(shù)及運動響應幅值的對比分析,得到在不同工況下浮體間距與防波堤水動力性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明,在長周期波浪條件下,雙體浮式防波堤對波浪的阻擋效果更加明顯,其透射系數(shù)更小。這對應用多道浮式防波堤消減長周期波浪的應用具有一定的指導意義。
【學位單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：U656.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究進展
        1.2.1 傳統(tǒng)數(shù)值模擬方法研究進展
        1.2.2 多浮體耦合水動力分析方法研究進展
        1.2.3 試驗研究進展
        1.2.4 工程實例研究進展
        1.2.5 SPH方法在浮式防波堤方面的應用
        1.2.6 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀小結(jié)
    1.3 本文研究的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點
第2章 基于SPH的波浪演化數(shù)值模型優(yōu)化
    2.1 引言
    2.2 SPH的基本原理
        2.2.1 積分近似與粒子近似
        2.2.2 光滑函數(shù)
    2.3 SPH流體動力學方程
        2.3.1 連續(xù)性方程的粒子近似法
        2.3.2 動量方程的粒子近似法
        2.3.3 能量方程的粒子近似法
    2.4 SPH數(shù)值計算收斂性分析
        2.4.1 光滑長度
        2.4.2 粘性計算
        2.4.3 人工壓縮率與聲速
        2.4.4 粒子的相互作用
        2.4.5 邊界處理
        2.4.6 算法修正
        2.4.7 時間積分
    2.5 SPH高精度數(shù)值波浪水槽的建立
        2.5.1 推板造波
        2.5.2 黎曼算法
        2.5.3 消波層設置
        2.5.4 數(shù)值波浪水槽的驗證
    2.6 本章小結(jié)
第3章 基于集中質(zhì)量法的SPH動態(tài)錨鏈力分析方法
    3.1 引言
    3.2 基于集中質(zhì)量法的錨鏈力動力分析
        3.2.1 受力分析
        3.2.2 阻尼力的求解
        3.2.3 運動方程
    3.3 基于SPH的錨鏈與浮體耦合數(shù)值模型
        3.3.1 SPH方法中浮體的運動響應
        3.3.2 錨鏈節(jié)點力的計算
        3.3.3 錨鏈節(jié)點運動響應的求解
        3.3.4 限制條件的設定
    3.4 數(shù)值模型的驗證
    3.5 本章小結(jié)
第4章 雙道浮式防波堤消波機理及波浪演化規(guī)律研究
    4.1 引言
    4.2 雙道浮式防波堤水動力性能數(shù)值模擬
        4.2.1 模型設計
        4.2.2 工況選取
    4.3 SPH方法中數(shù)值結(jié)果的測定
        4.3.1 波浪值的讀取
        4.3.2 數(shù)據(jù)結(jié)果的分析
        4.3.3 浮式結(jié)構(gòu)物運動響應的測定
    4.4 雙道浮式防波堤透射系數(shù)分析
        4.4.1 浮式防波堤間距對透射系數(shù)的影響
        4.4.2 入射波周期對雙道浮式防波堤透射系數(shù)的影響
    4.5 雙道浮式防波堤運動響應分析
        4.5.1 間距對雙道浮式防波堤運動響應的影響
        4.5.2 入射波周期對雙道浮式防波堤運動響應的影響
    4.6 本章小結(jié)
第5章 雙體浮式防波堤消波機理及波浪演化規(guī)律研究
    5.1 引言
    5.2 雙體浮式防波堤SPH數(shù)值模型
        5.2.1 模型設計
        5.2.2 工況選取
    5.3 雙體浮式防波堤透射系數(shù)分析
        5.3.1 間距對雙體浮式防波堤透射系數(shù)的影響
        5.3.2 入射波周期對雙體浮式防波堤透射系數(shù)的影響
    5.4 雙體浮式防波堤運動響應分析
        5.4.1 間距對雙體浮式防波堤運動響應的影響
        5.4.2 入射波周期對雙體浮式防波堤運動響應的影響
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 研究展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文
致謝

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