海洋資源的開發(fā)利用成為解決人類陸地資源缺乏問題的重要途徑。隨著開發(fā)地域由淺海向深海域的發(fā)展，開發(fā)資源的方式也有了更高的要求，對(duì)此專家們提出了超大型浮式結(jié)構(gòu)物的技術(shù)概念。超大型浮式結(jié)構(gòu)物不僅可以用于深海水域，而且更容易維護(hù)，適用范圍比較廣泛，成為當(dāng)下海洋工程界和學(xué)術(shù)界研究的熱門話題之一。 超大型浮式結(jié)構(gòu)物是那些以公里計(jì)的海洋工程結(jié)構(gòu)物，它在海洋環(huán)境中的彈性變形是不可忽略的，因此研究超大型浮式結(jié)構(gòu)物與流體的相互作用時(shí)，必須考慮流固耦合問題，借用水彈性理論進(jìn)行分析研究。另外海水的溫度和鹽度等會(huì)隨著海水深度的不同而變化，出現(xiàn)密度躍層的現(xiàn)象，對(duì)此一般采用兩層流模型進(jìn)行模擬。 本文主要討論受擾動(dòng)影響的流體與超大型浮式結(jié)構(gòu)物的相互作用后的水彈性響應(yīng)問題，考慮兩層流體系統(tǒng)和單層流體系統(tǒng)。兩層流體系統(tǒng)中，在初始靜止且無流速的流體內(nèi)部置入一個(gè)擾動(dòng)點(diǎn)(瞬間擾動(dòng)或者周期擾動(dòng))，分析系統(tǒng)受到擾動(dòng)后生成的表面波和界面波的波形演化過程；單層流體系統(tǒng)中，假設(shè)流體是勻速的，研究該系統(tǒng)在定常擾動(dòng)點(diǎn)作用下的波形演化問題。在這兩種系統(tǒng)中，通過是否考慮板的彈性以及流體的表面張力分別討論了撓曲重力波和毛細(xì)重力波兩種模態(tài)。本文采用的方法是基于勢(shì)流理論(假設(shè)流體是無粘的、不可壓縮的，流體的運(yùn)動(dòng)是無旋的)，和假設(shè)波動(dòng)為小振幅波的條件下進(jìn)行的。運(yùn)用Fourier–Laplace變換求解波形解的積分表達(dá)形式；并借助駐相法和留數(shù)定理等方法將積分解轉(zhuǎn)化為漸近解，從波形的漸近形式解出發(fā)，主要分析擾動(dòng)源的位置、密度比值、擾動(dòng)的頻率、流體的流速對(duì)波形的影響。 本文具體工作和成果如下： 1)考慮了彈性板覆蓋下的兩層流系統(tǒng)受到瞬間質(zhì)量源和作用于彈性板的外載荷力聯(lián)合作用后的波形演化過程，并平行地考慮了撓曲重力波和毛細(xì)重力波。從線源擾動(dòng)生成的撓曲重力波和毛細(xì)重力波的波形變化趨勢(shì)圖可以觀察到，波動(dòng)沒有固定的周期和波長，隨著觀察者速度的增大，波幅將越來越小，直到趨向于零；分析撓曲重力波的表面波的波形演化可知，它包括短撓曲波(或者是毛細(xì)波)和長重力波兩部分。 2)研究了有彈性板覆蓋的有限深兩層流中，流體和彈性板分別受到周期擾動(dòng)和載荷作用后生成的波動(dòng)演化過程，結(jié)果表明，生成的波動(dòng)包括穩(wěn)態(tài)部分和瞬態(tài)部分。瞬態(tài)波動(dòng)在開始階段會(huì)干擾整個(gè)波動(dòng)的傳播，隨著時(shí)間的增長，最后將趨向于零。當(dāng)固定上下層流體的深度后，穩(wěn)態(tài)部分的波形解主要依賴于周期振動(dòng)的頻率以及外載荷力的頻率的大小。隨著時(shí)間的增長，穩(wěn)態(tài)波動(dòng)將占據(jù)整個(gè)波動(dòng)區(qū)域。 3)討論了有限深單層流體中，彈性板覆蓋下的勻速流體受到二維的定常質(zhì)量源擾動(dòng)后生成的波動(dòng)演化情況。結(jié)果表明，波動(dòng)包括瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩部分。瞬態(tài)波動(dòng)的群速度會(huì)隨著彈性板的厚度、彈性模量以及流體的深度變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，通過觀察群速度的對(duì)比圖發(fā)現(xiàn)，板的慣性項(xiàng)是否存在對(duì)駐相點(diǎn)位置的影響度很小，可以忽略不計(jì)。瞬態(tài)波動(dòng)的波形表達(dá)式依賴于Froude數(shù);穩(wěn)態(tài)部分的波動(dòng)是根據(jù)流速與流體的最小相速度的大小關(guān)系來討論的，通過觀察其波形變化曲線發(fā)現(xiàn)，下游區(qū)的重力波和上游區(qū)撓曲波的波形具有不同的周期和振幅，且周期的大小和流速有關(guān)。 通過本文的工作，我們可以看出，不同類型的擾動(dòng)源生成的波動(dòng)具有不同的組成部分，撓曲重力波和毛細(xì)重力波的波動(dòng)的性質(zhì)可以平行考慮。另外，當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，流速對(duì)波動(dòng)的影響是不可忽視的。
【學(xué)位單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：P75;P731.2
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景
        1.1.1 引言
        1.1.2 超大型浮式結(jié)構(gòu)物的概念及應(yīng)用
        1.1.3 水彈性的概念
    1.2 國內(nèi)外研究概況
        1.2.1 浮式 VLFS 水彈性研究的一般方法
        1.2.2 單層流體的研究進(jìn)展
        1.2.3 兩層流體的研究進(jìn)展
        1.2.4 多層流體的研究進(jìn)展
    1.3 本文主要內(nèi)容
第二章 無流速兩層流體中瞬態(tài)源的作用
    2.1 引言
    2.2 數(shù)學(xué)模型
    2.3 波形的積分解
    2.4 波形的首項(xiàng)漸近解
    2.5 本章結(jié)論
第三章 無流速兩層流體中脈動(dòng)源的作用
    3.1 引言
    3.2 數(shù)學(xué)模型
    3.3 波形的積分解
    3.4 波形的首項(xiàng)漸近解
        3.4.1 穩(wěn)態(tài)波形的首項(xiàng)漸近解
        3.4.2 瞬態(tài)波形的首項(xiàng)漸近解
    3.5 本章結(jié)論
第四章 單層勻速流體中定常源的作用
    4.1 引言
    4.2 數(shù)學(xué)模型
    4.3 波形的積分解
    4.4 波形的首項(xiàng)漸近解
        4.4.1 穩(wěn)態(tài)波形的首項(xiàng)漸近解
        4.4.2 瞬態(tài)波形的首項(xiàng)漸近解
    4.5 本章結(jié)論
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 總結(jié)和主要結(jié)論
    5.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間主要的科研活動(dòng)與成果
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2852340