【摘要】：本文針對(duì)畸形波的生成和Truss SPAR平臺(tái)在畸形波中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究,主要?jiǎng)?chuàng)新工作如下:1.在物理水池中生成不同參數(shù)畸形波,總結(jié)了物理水池畸形波的生成規(guī)律。根據(jù)波能時(shí)空聚焦原理產(chǎn)生畸形波造波信號(hào),通過預(yù)插和延長(zhǎng)造波信號(hào)使其變?yōu)樵觳▓?zhí)行信號(hào),保證了造波信號(hào)的完整性和可執(zhí)行性,在物理水池中生成一系列畸形波,比較不同參數(shù)畸形波的生成結(jié)果,總結(jié)得出各參數(shù)對(duì)畸形波生成結(jié)果的影響規(guī)律,為畸形波相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供切實(shí)參考。2.發(fā)展了修正有限差分插值法并證實(shí)該方法對(duì)于非線性波浪場(chǎng)梯度的計(jì)算具有優(yōu)異的精度和效率。將原始有限差分插值法的基函數(shù)改進(jìn)為雙曲函數(shù)或指數(shù)函數(shù)變化形式,通過對(duì)五階Stockes波、二階波組流場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明改進(jìn)后的方法比原始方法和常用的線性移動(dòng)最小二乘法的計(jì)算精度高、時(shí)間短且對(duì)網(wǎng)格層數(shù)的依賴性低,這將改善對(duì)強(qiáng)非線性波浪模擬的精度和效率。3.歸納出畸形波時(shí)間與位置參數(shù)取值關(guān)系式并且考察得畸形波發(fā)生在高頻波能飽和之后。將QALE_FEM-solver和修正有限差分插值法相結(jié)合,建立畸形波模擬非線性波浪數(shù)值水池,以畸形波波幅為判據(jù)計(jì)算得不同位置參數(shù)畸形波的臨界時(shí)間參數(shù),由此擬合得畸形波時(shí)間和空間參數(shù)取值關(guān)系式。對(duì)于畸形波生成過程中的波能變化,定義了低頻CEL、輸入頻率CEC和高頻CEH三個(gè)波能參數(shù),不同畸形波波能參數(shù)研究結(jié)果顯示畸形波均發(fā)生在高頻波能參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定值后。研究所得畸形波時(shí)間和空間參數(shù)取值關(guān)系式可為畸形波實(shí)驗(yàn)生成和數(shù)值模擬各參數(shù)的取值提供依據(jù),畸形波的高頻波能參數(shù)可作為畸形波預(yù)報(bào)的一個(gè)衡量指標(biāo)。4.考察了 Truss SPAR在隨機(jī)波中的非線性水動(dòng)力,結(jié)果表明這些非線性水動(dòng)力主要影響Truss SPAR低頻運(yùn)動(dòng)和錨泊力且有時(shí)影響顯著。運(yùn)用新發(fā)展的張緊式錨泊載荷計(jì)算方法計(jì)算錨泊力,采用細(xì)長(zhǎng)體公式計(jì)算水動(dòng)力,通過求解剛體運(yùn)動(dòng)非線性方程建立Truss SPAR在隨機(jī)波中運(yùn)動(dòng)求解方法,考察了被忽略的非線性水動(dòng)力載荷,結(jié)果顯示求解Truss SPAR在隨機(jī)波中運(yùn)動(dòng)時(shí)不計(jì)這些載荷所求得的低頻運(yùn)動(dòng)可能遠(yuǎn)大于其實(shí)際運(yùn)動(dòng)結(jié)果,因而在計(jì)算Truss SPAR運(yùn)動(dòng)時(shí)計(jì)及這些非線性載荷可提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。5.測(cè)量了 Truss SPAR在畸形波中的運(yùn)動(dòng),比較得運(yùn)動(dòng)幅值與畸形波在運(yùn)動(dòng)固有頻率附近的波能分布直接相關(guān)。根據(jù)波能時(shí)空聚焦原理在物理水池中生成畸形波,運(yùn)用光學(xué)鏡像原理實(shí)現(xiàn)Truss SPAR浮態(tài)調(diào)整,通過光學(xué)運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備測(cè)量Truss SPAR在畸形波中的運(yùn)動(dòng),比較不同頻率范圍及不同幅值分布畸形波中的運(yùn)動(dòng)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)如果波能在運(yùn)動(dòng)固有頻率附近分布越集中則運(yùn)動(dòng)幅值越大,反之亦然,這有助于理解Truss SPAR在畸形波中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng),從而為Truss SPAR平臺(tái)在畸形波中的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。6.發(fā)展了 Truss SPAR在畸形波中運(yùn)動(dòng)模擬方法,研究了各運(yùn)動(dòng)之間的耦合作用,結(jié)論為各運(yùn)動(dòng)之間的耦合是一個(gè)非線性過程且作用顯著。本文通過QALE_FEM-solver、修正有限差分插值法以及細(xì)長(zhǎng)體公式,建立了 Truss SPAR在非線性波浪中運(yùn)動(dòng)模擬方法,考察了它在畸形波中各運(yùn)動(dòng)之間的耦合作用,結(jié)果表明當(dāng)限制或釋放某些自由度運(yùn)動(dòng)時(shí),Truss SPAR其他自由度運(yùn)動(dòng)變化不大或變化顯著,該結(jié)果表明通過各運(yùn)動(dòng)之間的耦合作用可實(shí)現(xiàn)對(duì)某一運(yùn)動(dòng)進(jìn)行抑制,從而使Truss SPAR正常完成某些作業(yè)。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O35
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本文編號(hào)：2369247