在海洋工程技術研究領域，結(jié)構物的波浪外載荷計算一直是一個熱點方向。本文的主要目的是基于三維水動力理論，研究并提出一套適合FPSO儲油輪和半潛式平臺的，從浮體濕表面網(wǎng)格自動劃分、線性波浪載荷計算、非線性波浪載荷計算到結(jié)構強度直接分析的完整解決方案。為此，文中著重在下列幾個方面進行了探討。 首先，采用累加弦長的三次參數(shù)樣條函數(shù)與解析方法相結(jié)合的方式，提出了一種可廣泛應用于船舶、FPSO儲油輪以及半潛式平臺的濕表面網(wǎng)格自動生成方法。為配合非線性方法以及應用擴展的邊界積分方法去除不規(guī)則頻率對網(wǎng)格的特殊要求，提出了在上述網(wǎng)格生成方法基礎上對網(wǎng)格進一步處理的可行方案。 其次，基于三維線性勢流理論，在頻域內(nèi)建立了求解低速航行和系泊浮體運動和波浪載荷響應的理論模型，并采用擴展的邊界積分方法消除不規(guī)則頻率現(xiàn)象。應用懸鏈線理論計算系泊系統(tǒng)作用于浮體的線性化恢復力，并將其表示為剛度系數(shù)和錨鏈上端位移的函數(shù)，進而以剛度系數(shù)的形式計入浮體運動方程。對幾類船舶和半潛式平臺進行了廣泛的計算，并與模型試驗結(jié)果進行了對比分析。針對FPSO儲油輪，討論了錨泊系統(tǒng)對運動和載荷的影響。 再次，研究并提出了一... 

【文章頁數(shù)】：191 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
第1章 緒論
    1.1 課題研究的目的與意義
    1.2 浮體運動與波浪載荷理論研究綜述
        1.2.1 切片理論
        1.2.2 統(tǒng)一細長體理論
        1.2.3 二維半理論
        1.2.4 三維水動力理論
    1.3 浮體砰擊與上浪理論研究綜述
        1.3.1 底部砰擊
        1.3.2 外張砰擊
        1.3.3 上浪砰擊
    1.4 浮體設計載荷計算與結(jié)構強度直接分析研究綜述
    1.5 本文的主要工作
第2章 浮體濕表面網(wǎng)格自動生成方法
    2.1 概述
    2.2 幾種插值算法的對比與選擇
        2.2.1 Akima插值算法
        2.2.2 普通三次樣條函數(shù)
        2.2.3 累加弦長的三次參數(shù)樣條函數(shù)
    2.3 浮體濕表面網(wǎng)格的自動生成
        2.3.1 船舯網(wǎng)格的自動生成
        2.3.2 艏艉網(wǎng)格的自動生成與封接
        2.3.3 立柱網(wǎng)格的自動生成與銜接
        2.3.4 橫梁網(wǎng)格的自動生成與銜接
    2.4 浮體濕表面網(wǎng)格的進一步處理
        2.4.1 處理不規(guī)則頻率問題時的浮體濕表面網(wǎng)格
        2.4.2 時域非線性計算時的浮體濕表面網(wǎng)格
    2.5 算例分析
        2.5.1 FLOKSTRA集裝箱船濕表面網(wǎng)格生成
        2.5.2 文昌號FPSO儲油輪濕表面網(wǎng)格生成
        2.5.3 NH5半潛式平臺濕表面網(wǎng)格生成
    2.6 本章小結(jié)
第3章 浮體運動與波浪載荷計算的三維線性頻域方法
    3.1 概述
    3.2 非定常擾動勢定解條件的建立和求解
        3.2.1 非定常擾動勢的定解條件
        3.2.2 非定常擾動勢求解的源匯分布法
        3.2.3 三維水動力系數(shù)和繞射勢的求解
    3.3 擴展的邊界積分法處理不規(guī)則頻率問題
    3.4 錨泊系統(tǒng)的恢復力
        3.4.1 錨鏈局部坐標系
        3.4.2 組合錨鏈的參數(shù)描述
        3.4.3 組合錨鏈的基本關系式
        3.4.4 鏈端剛度
        3.4.5 組合錨鏈的恢復力
    3.5 運動方程的建立和求解
        3.5.1 浮體在規(guī)則波中的運動方程
        3.5.2 流體靜力載荷與流體靜力系數(shù)
        3.5.3 流體動力載荷
        3.5.4 浮體運動響應的穩(wěn)態(tài)解
    3.6 脈動壓力與剖面載荷響應
        3.6.1 浮體濕表面的脈動壓力
        3.6.2 浮體剖面載荷響應
    3.7 算例分析
        3.7.1 Wigley數(shù)學船型計算分析
        3.7.2 FLOKSTRA集裝箱船計算分析
        3.7.3 NH5半潛式平臺計算分析
        3.7.4 文昌號FPSO儲油輪計算分析
    3.8 本章小結(jié)
第4章 浮體運動與波浪載荷計算的三維非線性時域方法
    4.1 概述
    4.2 作用在浮體上的非線性流體載荷
        4.2.1 流體靜力載荷
        4.2.2 波浪主干擾力
        4.2.3 波浪繞射力
        4.2.4 輻射力
        4.2.5 錨泊系統(tǒng)的恢復力
        4.2.6 波浪繞射力和輻射力的簡化算法
    4.3 浮體非線性運動方程
    4.4 斜浪求解發(fā)散問題的處理
    4.5 浮體表面非線性壓力和剖面非線性波浪載荷
    4.6 算例分析
        4.6.1 線性時域解和線性頻域解的對比驗證
        4.6.2 流體力非線性程度分析
        4.6.3 運動及剖面載荷非線性程度分析
        4.6.4 非線性脈動壓力與模型試驗對比分析
    4.7 本章小結(jié)
第5章 浮體砰擊與上浪計算方法研究
    5.1 概述
    5.2 底部砰擊載荷預報
    5.3 外張砰擊載荷預報
        5.3.1 動量砰擊理論
        5.3.2 瓦格納型砰擊理論
    5.4 上浪載荷預報
        5.4.1 上浪壓力載荷計算
        5.4.2 上浪水高度分布預報的理論基礎
            5.4.2.1 明渠非恒定流的基本方程式
            5.4.2.2 圣維南方程組求解的特征線法
            5.4.2.3 潰壩模型
            5.4.2.4 洪水波模型
            5.4.2.5 對上述模型的改進
        5.4.3 上浪砰擊的發(fā)生條件與上浪載荷計算
    5.5 計及砰擊與上浪載荷的浮體非線性運動方程
    5.6 算例分析
        5.6.1 兩種模型上浪高度分布計算
        5.6.2 上浪載荷預報方法的驗證分析
        5.6.3 文昌號FPSO儲油輪上浪載荷計算及對運動與載荷的反饋
    5.7 本章小結(jié)
第6章 FPSO儲油輪及半潛式平臺的設計載荷計算與結(jié)構強度評估
    6.1 概述
    6.2 浮體設計載荷計算方法
        6.2.1 設計波方法
        6.2.2 譜分析方法
    6.3 浮體濕表面脈動壓力載荷的后處理
        6.3.1 脈動壓力的直接計算方法
        6.3.2 脈動壓力的間接計算方法
    6.4 壓力載荷的施加與結(jié)構強度分析
    6.5 算例分析
        6.5.1 文昌號和友誼號FPSO儲油輪設計載荷計算分析
        6.5.2 NH5半潛式平臺設計載荷計算分析
        6.5.3 壓力載荷不同轉(zhuǎn)換方法的對比分析
        6.5.4 轉(zhuǎn)換壓力重積分剖面載荷值與原始值的對比驗證
        6.5.5 NH5半潛式平臺結(jié)構強度評估
        6.5.6 友誼號FPSO儲油輪結(jié)構強度評估
    6.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]半潛式平臺結(jié)構強度分析中的波浪載荷計算[J]. 劉海霞,肖熙.  中國海洋平臺. 2003(02)
[2]最優(yōu)化方法在船舶運動預報中的應用[J]. 宋競正,秦洪德.  哈爾濱工程大學學報. 2000(04)
[3]船體三維網(wǎng)格的自動生成算法及其圖形用戶界面的設計[J]. 顧耀林,吳龍周,吳有生.  中國造船. 1999(04)
[4]船舶在波浪中航行時繞射問題的線性時域解[J]. 周正全,張亮,戴遺山.  中國造船. 1993(03)
[5]船舶首部相對運動及甲板上浪的預報[J]. 顧民,繆泉明,顧懋祥.  中國造船. 1993(01)
[6]近水面航行物體繞射問題的時域解[J]. 張亮,戴遺山.  中國造船. 1992(04)
[7]時域Green函數(shù)及其導數(shù)的數(shù)值計算[J]. 黃德波.  中國造船. 1992(04)
[8]外張砰擊載荷[J]. 陳智祥,戴仰山.  中國造船. 1991(04)
[9]簡單Green函數(shù)法求解三維水動力系數(shù)[J]. 賀五洲,戴遺山.  中國造船. 1986(02)
[10]船體在海浪中的彎矩[J]. 戴仰山,宋競正.  中國造船. 1980(03)

博士論文
[1]大型離岸結(jié)構的快速三維水彈性分析[D]. 戴愚志.哈爾濱工程大學 2003
[2]船舶運動與波浪載荷計算的非線性方法研究[D]. 秦洪德.哈爾濱工程大學 2003



本文編號：3668325