【摘要】：隨著人們對(duì)海洋資源開(kāi)發(fā)的日益重視,超大型海洋浮式結(jié)構(gòu)物(VLFS)等概念應(yīng)運(yùn)而生.近年來(lái),海洋工程界更是掀起了對(duì)超大型浮式結(jié)構(gòu)物的研究熱潮.本文主要通過(guò)解析方法研究廂式超大型浮式結(jié)構(gòu)物在移動(dòng)載荷作用下的水彈性響應(yīng).假設(shè)流體無(wú)旋、無(wú)粘、不可壓縮.對(duì)超大型浮式結(jié)構(gòu)物作各向同性假設(shè),且由于其水平尺度很大,故采用小撓度彈性薄板假設(shè).考慮彈性板在勻速和突然啟動(dòng)的線載荷和點(diǎn)載荷作用下的水彈性問(wèn)題,并假設(shè)小振幅波動(dòng).在線性勢(shì)流理論下,主要運(yùn)用積分變換法考慮求解方程和邊界條件,并利用駐相法和留數(shù)定理,求得各情況下波阻和波形的漸近解析結(jié)果.對(duì)于三維無(wú)限長(zhǎng)線載荷,簡(jiǎn)化為二維立面中的點(diǎn)載荷,為區(qū)別三維空間中點(diǎn)載荷,本文將無(wú)限長(zhǎng)線載荷簡(jiǎn)稱為線載荷.本文主要工作包括: 1)對(duì)于二維無(wú)限水深模型,勻速線載荷作用下彈性板的水彈性響應(yīng)問(wèn)題.使用留數(shù)定理得到波阻的穩(wěn)態(tài)解,發(fā)現(xiàn)其變化規(guī)律在載荷速度大于臨界速度(即撓曲重力波的最小相速度)時(shí),呈現(xiàn)隨移動(dòng)速度而先增后減的趨勢(shì);臨界速度處的波阻為一有限值.進(jìn)而使用人工粘性參數(shù)法和留數(shù)定理研究了彈性板穩(wěn)態(tài)波形,發(fā)現(xiàn)載荷速度低于臨界速度的撓度與靜載情況類似,無(wú)撓曲重力波的傳播;當(dāng)載荷速度大于最小相速度時(shí),撓曲波和重力波分別在載荷上游和下游區(qū)域起主導(dǎo)作用.并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果做了定性比較. 2)考慮二維無(wú)限水深模型,突然啟動(dòng)線載荷作用下彈性板的瞬態(tài)波阻和波形.對(duì)于不同載荷移動(dòng)速度情況分別研究了瞬態(tài)波形和波阻在大時(shí)域下的漸近性態(tài).為避免奇點(diǎn)在積分處理上的麻煩,本文采用先對(duì)時(shí)間求導(dǎo),再使用駐相法,最后關(guān)于時(shí)間積分的處理方式.得到重要結(jié)論:當(dāng)突然加速線載荷的速度小于最小相速度時(shí),依然有撓曲重力波產(chǎn)生.而瞬態(tài)波阻和波形以時(shí)間的不同冪次呈現(xiàn)衰減或是增加規(guī)律.當(dāng)載荷移動(dòng)速度不等于臨界速度時(shí),瞬態(tài)波阻和波形均隨時(shí)間衰減到穩(wěn)態(tài);而當(dāng)移動(dòng)速度等于臨界速度時(shí),瞬態(tài)波阻和波形均隨時(shí)間以1/2冪次增加,無(wú)法達(dá)到穩(wěn)態(tài). 3)針對(duì)三維有限水深模型,勻速直線運(yùn)動(dòng)點(diǎn)載荷對(duì)彈性板作用的穩(wěn)態(tài)波阻和波形問(wèn)題做了理論分析.得到當(dāng)載荷速度小于最小相速度時(shí),無(wú)波阻存在;而大于最小相速度時(shí),波阻隨速度遞減,這與二維情況有所差異.對(duì)于穩(wěn)態(tài)波形問(wèn)題中有奇點(diǎn)的雙重積分形式解,采用兩步法,即先使用留數(shù)定理,再使用駐相法,給出了不同情況下的撓度表達(dá)式和不同移動(dòng)速度下的波峰形式圖.發(fā)現(xiàn)隨載荷移動(dòng)速度的變化,波峰形式圖中會(huì)有焦散線的變化和尖端的產(chǎn)生. 4)考慮三維有限水深模型,突然啟動(dòng)點(diǎn)載荷與彈性板作用下的瞬態(tài)波形和波阻.使用駐相法研究其在大時(shí)域下的漸近性態(tài),發(fā)現(xiàn)波阻和波形都包括了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的成分.當(dāng)突然啟動(dòng)點(diǎn)載荷的速度小于最小相速度時(shí),依然有波阻產(chǎn)生.瞬態(tài)波阻在各速度情況下均隨時(shí)間衰減.在移動(dòng)速度小于最大群速度且不等于最小相速度時(shí),其瞬態(tài)波形均隨時(shí)間衰減,但衰減率有所不同.當(dāng)載荷移動(dòng)速度大于或等于最大群速度時(shí),瞬態(tài)波形在載荷點(diǎn)后方和后方隨時(shí)間以不同速率衰減.當(dāng)移動(dòng)速度等于最小相速度時(shí),瞬態(tài)波形不再衰減,而是隨時(shí)間以對(duì)數(shù)率增加,從而無(wú)法達(dá)到穩(wěn)態(tài).這一奇異現(xiàn)象可能是線性理論的局限性造成的. 本文通過(guò)解析近似方法,較為系統(tǒng)地研究了勻速和突然啟動(dòng)集中載荷作用下彈性薄板的水彈性響應(yīng),定性地分析了載荷速度與撓曲重力波動(dòng)的內(nèi)在關(guān)系,為進(jìn)一步探索復(fù)雜載荷下的水彈性響應(yīng)提供了理論基礎(chǔ).
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：P752

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2651746