王永学, 齐鹏[1]2001年在《近岸波浪对结构物作用耦合数值模型及其工程应用》文中认为结合Boussinesq方程数值模型和VOF方法各自的特点,建立了近岸波浪对结构物作用的耦合数值模型。即将计算区域Ω分成两个子区域,建筑物及其周围的近场区域Ω1采用的控制方程为叁维Navier-Stokes方程,由VOF方
齐鹏[2]2001年在《近岸波浪对结构物作用耦合数值模型及其工程应用》文中认为Boussinesq方程作为叁维势流模型的平面二维近似，能够解决非线性波浪在较大浅水区域（如港口和一定的海岸区域）上的传播变形问题；另一方面，作为深度平均模型，Boussinesq方程难以给出结构物附近流动随深度变化的特征，无法解决波浪对潜堤、浮体等结构物作用问题。而数值求解叁维势流模型或粘流模型的计算量和占用计算机的存储空间都很大，一般只在较小的计算区域上（如结构物附近）求解，难以直接用于大区域上（考虑波浪变形）的波浪-结构相互作用问题。另外，势流模型本身决定了结构物附近粘性流动的特点（如涡度、边界层等）都被忽略了，而要得到流动的这些信息，只有依靠粘流模型。为能同步和高效率地获得近岸大区域非线性波浪变形特征、结构物附近叁维水动力特征和波浪荷载，结合Boussinesq方程数值模型和求解N-S方程的VOF方法各自的特点，开展了建立Boussinesq方程和N-S方程耦合数值模型的研究。 整个研究工作包括以下几部分： 1）建立了有限差分全隐格式Boussinesq方程波浪数值模型。 全隐格式数值模型允许较小的网格尺度，计算过程稳定和结果收敛，并 能保证计算精度以及为与叁维模型耦合求解时便于取得相匹配的网格尺 度。在开边界处理上，采取Sommerfeld辐射条件与海绵层吸收结合的 办法，较好地将到达开边界的波浪能量吸收掉。用所建立的Boussinesq 方程波浪数值模型进行了规则波在圆形浅滩上传播变形的数值计算，其 数值结果较好地接近于有关的实验结果，表明所开发的全隐格式 Boussinesq方程波浪数值模型是可靠的，以及具有较高的计算效率，可 以用于近岸大区域波浪变形的数值计算。 2）建立了基于N-S方程和VOF方法的叁维数值波浪水池模型。 提出了用于VOF方法的分段式造波机边界条件，并对其它边界相应地给 出了合适的边界条件，建立了基于VOF方法的叁维数值波浪水池。数值 试验表明，所提出的分段式造波机边界条件能够产生长时间稳定的波动 过程和斜入射波浪；对开边界的处理上采取了Sommerfeld辐射条件与 海绵层内衰减垂向速度相结合的处理方法，较好地使到达开边界的波浪 透过。数值试验表明所建立的数值波浪水池具有较好的波浪特性，并能 获得较为可靠的结构物波浪荷载结果。 论 丈 摘 要一 3）建立了 ID Bousj NS－VOF＃合数值模型。 提出了重迭带上压力、速度和波面的匹配边界条件，建立了用二维川S方 程控制内域（包含结构物的近场）流体流动和一维Boussinesq方程控制 外域（内域的外围边界和整个计算域边界所围的区域）流体流动的耦合 数值模型（简称 ID／ZD耦合模型），在时间步进格式下，实现了内域模 型和外域模型同步耦合求解。数模试验显示本文提出的匹配边界条件能 够保证流动在这两个子区域之间光滑而连续地过渡，并且耦合模型模拟 结果（压力、速度、波面和波浪荷载）较好地接近于与原二维NS．VOF 模型的结果。 4）建立了二D BoussinesqoDNS－VOF耦合数值模型。 建立了用叁维NS方程控制内域流体流动和二维Boussinesq方程控制 外域流体流动的部分叁维化耦合数值模型（简称ZD／3D耦合模型）。数 模试验显示本文提出的压力、速度和波面匹配边界条件在斜人射波浪条 件下是有效性，能够保证流动在两个于区域之间光滑而连续地过渡；还 对耦合模型模拟波面和波浪荷载结果进行了验证，和对耦合模型的计算 效率进行了评估。 5）开展了耦合数值模型在工程数值计算上的觑。 ·应用所建立的 ID／ZD耦合模型，进行了消减直立堤前反射波的幕墙 式消浪室性能的数模研究，得到了有意义的研究成果； ·应用所建立的 ZD／3D串联耦合模型对防彼堤堤头附近叁维水动力特 征进行了初步研究，得到了有意义的研究成果； ·应用所建立的ZD／3D嵌套耦合模型对港内直立式码头前船舶波浪力 和船体附近叁维水动力特征进行了初步研究，得到了有意义的研究 成果。
白晓宇[3]2017年在《波、流环境中深水桥墩地震响应特性研究》文中研究表明随着交通基础设施的继续发展和不断完善,大型跨海桥梁工程不断涌现。由于此类桥梁的群桩、承台以及墩柱等基础结构完全或部分处于波浪和水(潮、海)流共同作用的复杂环境中,势必会对其在地震时的结构动力响应产生潜在影响,而相关研究目前仍处于空白状态。因此,有必要深入开展波浪、水(潮、海)流环境中深水桥梁的地震响应特性研究,为此类桥梁的抗震设计以及相关规范修编提供参考。本文基于规则波浪理论和线性造波理论,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)和FSI(Fluid-StructureInteraction)数值计算方法,以深水桥梁的圆形截面桥墩为对象,对其所处的波、流环境进行了数值模拟,分别开展了水流、波浪单独作用以及波、流联合作用下圆形墩柱的流固耦合分析,进一步地,对深水桥梁单墩在无水、静水以及波、流环境中的地震响应特性进行了系统分析和对比研究。论文主要开展了以下研究工作:(1)以叁维数值水槽为对象,基于规则波理论和线性造波理论,在有效解决叁维数值波浪波高衰减问题的前提下,模拟出了不同波浪参数(周期、水深、波高)下的叁维数值波浪,并与理论波面波动位移时程进行对比,吻合较好。(2)对圆形墩柱-波浪耦合叁维数值模型中流体域的范围大小、网格划分精度进行了系统的研究。以墩柱动力响应最值的波动稳定性为衡量指标,确定了流体域的长、宽及墩周水域网格精细化范围的大小。(3)建立了深水单墩-波、流场耦合叁维数值模型,对比分析了墩柱在水流、波浪各自单独作用以及波、流联合作用下的动力响应。结果表明,波、流联合作用时,墩柱的响应会随着水流速度、水深、波高的增加而增大;波浪对墩柱的动力作用占主体,但不能忽略水流的影响;墩柱的响应可能大于或小于波浪单独作用时的响应,并不是波浪和水流单独作用下响应值的简单迭加。(4)以深水桥梁等效圆形截面单墩为对象,对其在无水、静水以及波、流环境中的地震响应做了系统的研究和对比分析。结果表明,墩柱在波、流环境中的地震响应可能大于或小于其在无水环境中的响应,并不是地震和波、流各自单独作用下响应值的简单迭加;波、流环境对墩柱地震响应的增强或减弱作用与波浪和地震波之间的频谱特性和相位差密切相关。
王朝阳[4]2012年在《离岸深水全直桩码头动力计算方法研究》文中研究指明离岸深水港建设是我国水运工程发展的方向，从国内外发展现状及已有工程实践看，桩柱承台式结构是一种适用于离岸深水海域的优良结构型式，具有广阔的应用前景。由于水深增加，桩柱加长，结构柔性较大，结构的动力响应特性、波浪与结构的相互作用等问题突出。传统的刚度较大的近岸结构设计理念、设计标准与计算方法等已不完全适用，而我国对离岸深水结构的设计计算方法还缺乏深入、系统的研究工作。本文针对以上问题，结合某离岸深水港的全直桩髙桩梁板码头设计方案，对离岸深水码头结构的动力计算方法开展了一系列研究工作，主要内容如下：1.利用有限元软件ABAQUS建立地基-离岸深水结构相互作用的叁维弹塑性有限元模型，根据失稳判别准则，对波浪力及船舶撞击力静力作用下结构的稳定性进行分析。明确了结构的承载机理和失稳破坏模式，并分析了桩基入土深度、壁厚、地质条件等因素对结构承载力的影响。2.在现有水平承载桩计算方法的基础上，分别基于m法和P-Y曲线法建立全直桩码头承载力静力简化计算方法。通过与有限元计算结果进行对比，验证了所建立简化计算方法的正确性。3.利用有限元软件ADINA建立了水体和桩基结构相互作用的叁维有限元数值模型。通过对水中桩基结构的振动特性进行数值模拟，分析了水体对结构自振特性、阻尼比的影响。采用速度入口法数值造波，模拟波浪与桩基结构的相互作用，分析流固耦合作用对桩身波浪力的影响，并建立考虑流固耦合影响的波浪力放大系数简化计算方法。4.通过数值模型研究离岸深水结构的自振周期、振型等动力特性，并与传统近岸结构进行比较，深入了解离岸深水结构的力学特性。将波浪力和船舶撞击力以动力的形式施加到结构上，对结构的动力响应进行数值模拟。研究表明，全直桩码头结构在波浪和船舶撞击力作用下的动力响应类似于桩顶凝聚质量的单自由度系统，得到了波浪力和船舶撞击力作用下结构响应的动力放大系数。5.在全直桩码头承载力静力简化计算方法的基础上，考虑流固耦合作用的影响及结构响应的动力放大效应，建立离岸深水全直桩结构的动力简化计算方法，为工程实践提供指导和设计依据。通过与有限元计算结果进行对比，验证了所建立简化计算方法的正确性。
吕祥翠[5]2014年在《基于SWAN模型的渤海波浪特性及水交换研究》文中研究指明波浪是海洋中最重要的动力要素之一,海工结构物的设计和建设需要深入认识工程区域的波浪特性;在近岸海域,变形和破碎的波浪与潮流相互作用会形成复杂的近岸流,这些近岸流不仅对水体交换和泥沙运动有着重要的影响,而且还会影响近岸海域的物质输运和地形地貌。目前在渤海,尤其是渤海湾沿岸,正在大规模地兴建海岸工程,因此深入研究这一区域的波浪特性及波浪对近岸海域水交换的影响对于工程建设及明晰工程对海区生态环境的影响都是相当必要的。本文首先建立了渤海的波、流场计算模型——基于浅水长波方程的潮流场计算模型、基于波作用量守恒的SWAN(Simulating Waves Nearshore)波浪模型、以及基于辐射应力概念的波流耦合的近岸流数学模型。对影响SWAN模型结果的各因素进行深入分析,在此基础上,根据分布在整个渤海区域不同站点的短期和长期的实测风场和波浪场数据对模型进行了系统的校准,获得了适用于整个渤海的模型参数。校准后SWAN模型的模拟结果,无论是在空间范围,还是时间范围上,都与实测数据符合良好。采用实验数据验证了波流耦合模型,模型结果和实验结果符合良好。然后,利用经过修正后的ECMWF风场驱动校准后的SWAN模型对渤海区域长达20年的波浪场进行了模拟,并根据模拟结果分析了渤海的波浪特性。结果表明:本研究得出的波高和周期的空间及季节分布规律与已有的研究结果是一致的,但本研究与已有的研究得出渤海某些区域的波高存在不同程度的差异——叁大海湾的波高差0.1米,渤海中部和渤海海峡的波高差值约0.01-0.1米。再次,将基于随机游动方法的粒子跟踪模型与驻留时间、曝光时间及返回系数等水交换的特征时间尺度相结合,构建了适合于大面积海域整体和局部水交换特性分析的水交换模型。对渤海湾内粒子的运动进行了连续叁年的模拟,通过对特征时间尺度和余流场的统计,分析了渤海湾的水交换特性及波浪对其的影响。结果表明:渤海湾的整体水交换较弱,波浪对渤海湾的水交换有一定程度的影响;波浪对水交换的影响在近岸区域比较显着;不同区域水体对整个渤海湾的水交换贡献有显着差异。最后,结合渤海湾近年来已建和在建的围填海工程,分析了围填海工程对渤海湾水交换特性的影响。结果表明:围填海导致整个渤海湾水体的半交换周期有一定程度的缩短;围填海对整个渤海湾沿岸区域的水交换都有比较显着的影响,而不局限于工程区域附近;不同区域的水交换受围填海影响的程度存在着差异。
马勇[6]2013年在《基于竖轴水轮机的漂浮式潮流发电装置水动力性能试验研究与数值预报》文中指出世界范围内,化石能源日趋紧张,环境污染不断加剧,潮流能作为一种清洁无污染的绿色可再生能源,具有储量大、分布广、可预测性强、环境污染小等诸多优点,开发利用潮流能成为缓解能源紧张、降低环境污染的有效途径。潮流能开发利用的主要装置为水轮机,水轮机搭载在载体上,构成发电系统,将潮流动能转换为电能。目前,潮流发电装置的分类很多,各自具有独特的应用背景和优势。按载体分类,可以分为桩基础式、座底式和漂浮式,按水轮机分类主要分为水平轴水轮机式和竖轴水轮机式。其中,基于竖轴水轮机的漂浮式潮流发电装置融合了竖轴水轮机和漂浮式载体的特点,具有结构简单、生产制造技术难度小、成本低、维护检修和管理费用低、适应流向变化、对吃水要求低等优点,近年来成为研究的热点,并在我国和意大利等国有实验示范装置运行。但是,现阶段对该类潮流发电装置的研究多集中在对竖轴水轮机、浮式载体和系泊系统的研究,对竖轴水轮机、浮式载体和系泊系统耦合作用下,潮流发电装置的性能预报研究较少,而这却是制约该类潮流发电装置设计、实验示范研究和工程应用的关键。为此,本文对基于竖轴水轮机的漂浮式潮流发电装置开展其水动力性能研究,建立该类潮流发电装置水动力性能的试验预报方法、平台和数值预报方法,为该类装置的研究和工程应用提供理论基础和技术支撑。在基于竖轴水轮机的漂浮式潮流发电装置系泊试验方法和设计方面,本文首先根据发电装置原型、船模拖曳水池情况确定模型试验的缩尺比,对双体船模型和水轮机模型开展连接设计研究,对发电装置模型重心及转动惯量的测量方法进行研究,设计开发模型重心及转动惯量测量与调整装置,测量和调整模型的重心及转动惯量。然后,开展系泊模拟研究,分别开展系泊点和锚链的模拟研究,通过系泊架实现系泊点的模拟,通过系缆实现锚链的模拟。接着,选配系泊试验研究的仪器和设备,开展测量与布置方案研究,并介绍系泊架的安装和系缆预张力的调节方法,给出试验工况,最后形成基于船模拖曳水池的漂浮式潮流发电装置系泊试验平台和试验方法。在基于竖轴水轮机的漂浮式潮流发电装置系泊试验研究方面,本文首先研究基于竖轴水轮机的漂浮式潮流发电装置的自由衰减特性和系泊衰减特性,分别测量组合模型在自由状态下的横摇衰减情况和纵摇衰减情况,组合模型在系泊状态下的横摇衰减情况、纵摇衰减情况和艏摇衰减情况,并对各自的衰减情况进行分析。然后,研究装置模型在均匀流下的系缆拉力响应特性、组合模型的姿态响应特性,并介绍试验中的一些试验现象,对试验现象进行分析。接着,开展均匀流下水轮机转与不转时的比较试验研究,对两种状态下系缆拉力、组合模型的姿态响应和试验模型的侧向位移进行比较分析,给出研究结论。接着又进行规则波环境下系泊试验研究,研究波高和频率对模型系缆拉力和运动的影响。最后,研究装置在不规则波环境下的系缆拉力情况和姿态响应情况,并对试验结果进行分析。在基于竖轴水轮机的漂浮式潮流发电装置总体性能研究的基本理论方面,文章首先给出竖轴水轮机流载荷的数值模拟方法,给出数值模拟的基本控制方程、RANS方程、湍流模型和近壁区处理方法、离散方法和自由变偏角的模拟方法。然后,给出了基于叁维势流理论的频域分析理论,包括坐标系的定义,线性速度、一阶波浪力、平均波浪漂移力和二阶波浪力传递函数矩阵的求解。最后,给出装置水动力性能分析的时域耦合分析理论,建立了时域耦合运动方程,给出流力和波浪力的确定方法,给出水轮机载荷的耦合处理方法。在基于竖轴水轮机的漂浮式潮流能发电装置总体性能研究方面,文章首先根据第四章的基本理论方法,数值模拟水轮机的流载荷情况,并对水轮机受力进行数据拟合,计算水轮机旋转产生的等效附加质量和阻尼。然后,对漂浮式潮流发电装置的浮式载体进行频域辐射、绕射分析,最后,考虑水轮机转动的影响,对发电装置的水动力性能进行了耦合计算研究,预报发电装置的锚链张力和运动响应情况,并选择典型工况与试验结果进行比较,验证本文数值预报方法的有效性。在带浮筒的漂浮式潮流发电装置总体性能研究方面,首先设计了浮筒的结构形式和锚链连接,然后,利用第四章的频域分析基本理论和时域耦合分析基本理论,对带浮筒的漂浮式潮流发电装置进行时域耦合计算研究,预报发电装置锚链张力和运动响应情况,分析浮筒对装置性能的影响。
程都[7]2017年在《波浪与近岸结构物相互作用的CIP数值模拟及实验研究》文中研究说明波浪在与近岸结构物相互作用过程中常伴随反射、折射、绕射、紊流、高次谐波的产生等复杂现象,在极端海况下还会遭遇到波面破碎、翻滚及水气掺混等强非线性自由面大变形问题。因此,利用物理模型实验加深对上述复杂现象的认识、开发适合上述现象的数学模型准确预测复杂海况下结构物周围水动力特性、波浪力和结构响应,对开展结构设计和安全防护等问题的研究具有重要的工程应用价值。本文在总结前人研究成果的基础上,开展不同水深条件下,不同尺度规则波和孤立波与近岸结构物相互作用的实验研究和数值模拟。首先,在宽断面波浪水槽内开展波浪与潜堤、水下承台上垂直和倾斜结构物相互作用的实验研究,着重研究不同水深条件下,不同尺度波浪与近岸结构物相互作用时的波浪非线性变形、波浪在结构物周围的破碎过程以及结构物周围流场及压力场等水动力特性的变化过程。其次,基于自主研发的数学模型,开展波浪与近岸结构物相互作用的数值模拟研究。本文数学模型以Navier-Stokes方程和连续性方程为控制方程,以高阶差分紧致插值曲线(CIP:Constrained Interpolation Profile Method)方法为流场的基本求解器离散Navier-Stokes方程,通过多相流理论描述固-液-气之间的相互作用,采用便于描述复杂几何外形和运动物体边界的浸入边界法处理结构物边界,并采用精度更高的改进型双曲正切函数(THINC/SW:Tangent of Hyperbola for INterface Capturing/Slope Weighting)方法进行自由面的重构。通过对二维/叁维溃坝波与结构物相互作用的模拟,对模型的正确性和有效性进行了验证。基于建立的模型,开展潜堤上波浪变形、波浪对承台上结构物作用等问题的数值模拟,重点分析结构物附近的波面高程、流速信息、冲击压力等参数,数值结果与实验数据吻合良好。此外,还利用已得到验证的本文模型开展了波浪与承台上不同坡度结构物相互作用的研究,发现结构物坡度将直接影响反向涌浪的形成及大小。
卢吉[8]2004年在《NSPMF-EB耦合模型及其在近岸波浪计算中的应用》文中认为改良的Boussinesq方程(EB模型)能够解决非线性波浪在近岸较大水域范围内的传播和变形问题,是典型的广域模型。但是EB模型引入了压力和流速沿水深按某一规律分布的假定,难以准确描述具有复杂结构形式的建筑物附近的流场特征,从而无法反映复杂结构物对波浪运动的影响。直接求解透水介质内流体运动的基本方程(NSPMF模型)虽然能够准确地给出计算域内的流动信息,但是因为计算量大,只适合于求解结构物附近几个波长范围内的问题。为了获得近岸大范围内的非线性波浪变形特征及其与结构物相互作用的特征,本文考虑结合EB模型和NSPMF模型各自的特点,建立了一维EB模型和二维NSPMF模型的耦合模型。主要研究内容包括:(1) 以Nwogu提出的EB模型为基础,建立求解近岸较大范围内波浪非线性变形的数值模型。控制方程的时间离散采用预测—校正法,空间离散采用有限差分法,对开边界的处理采用了Sommerfeld辐射条件和海绵层相结合的消波方法。利用此模型计算了规则波及不规则波在等深水域中的传播以及规则波和不规则波通过潜堤传播,并与相应的实验结果进行了对比。(2) 基于NSPMF模型和VOF方法建立了求解结构物附近小范围区域内波动流场问题的数学模型。控制方程的时间离散采用了SMAC方法,空间离散采用了有限体积法。用流体体积函数来追踪自由表面的时空变化,并采用Yongs提出的九点法来实现自由表面的瞬时重构。利用此模型计算了波浪在斜坡上变形及破碎的过程。(3) 结合EB模型和NSPMF模型二者的优点,在EB模型和NSPMF模型之间建立重迭带,通过重迭带上波浪流动信息的传递实现两个模型的耦合求解。利用耦合模型计算了规则波及不规则波在潜堤地形上发生非线性变形的情况,并与相应的试验结果进行了对比。
谭长建[9]2009年在《波浪效应下大跨度斜拉桥索桥耦合振动研究》文中研究表明随着我国交通事业的蓬勃发展,国家中长期铁路网规划及高速公路网的规划中出现越来越多的跨海大桥。继东海大桥、杭州湾大桥之后,渤海湾大桥、黄岛大桥、及舟山联岛工程等一系列跨海大桥的建设都已被提上议事日程,在贯穿中国南北国道主干线中长约5200公里的同叁线(黑龙江省同江一海南省叁亚)中,将涉及渤海湾大桥、宁波杭州湾大桥、伶仃洋大桥,以及琼州海峡大桥四座跨海大桥,大跨度斜拉桥及悬索桥方案也已经出现在规划中的同(江)叁(亚)线等大型跨海工程中。这一切标志着我国即将修建超大跨度跨海大桥。大跨度斜拉桥由于跨度较大、拉索较长、结构轻柔,因此大跨度斜拉桥的车桥耦合振动问题、拉索振动问题以及抗风抗震问题等都是重要的研究课题,而跨海大跨度斜拉桥还要考虑桥墩受海浪的影响,因为当海水较深、浪高较大时,波浪产生的波浪力作用于桥墩时有可能会引起桥梁较大振动响应,并有可能与桥梁其它振动相互耦合导致桥梁结构发生破坏。本文正是从跨海大跨斜拉桥的上述特点出发,研究波浪荷载作用下大跨斜拉桥的振动响应以及拉索振动问题,首先,基于大涡模拟和VOF方法,并引入两相流概念,建立了叁维波浪与桥墩作用的数学模型,对桥墩在波浪效应下的受力进行深入研究,然后推导了大跨度斜拉桥拉索与桥面耦合振动非线性运动方程,对拉索桥面耦合振动问题进行理论分析,最后详细探讨了大跨度跨海斜拉桥在波浪效应作用下桥梁结构的动力响应,并对波浪效应下拉索振动进行研究,主要研究内容如下：1.研究叁维波浪与桥墩的相互作用,首先要考虑叁维波浪数学模型的建立问题,而自由水面追踪技术是叁维波浪数值模拟成功的关键之一。第二章详细介绍了VOF方法和Level Set方法,并对本文所采用的具有二阶精度的PLIC-VOF方法进行细致分析,给出了从自由界面法向向量的确定、供体受体单元的确定、自由界面的传播到VOF流量的计算整个过程的计算方法。2.基于两相流的概念,采用PLIC-VOF方法进行自由水面的追踪,采用大涡模拟的NS方程为波浪运动的基本控制方程,波浪与结构物接触面采用两步边界定位法和虚拟边界力方法进行处理,数值造波则采用边界造波法,建立了叁维波浪与结构物作用的数学模型。数值求解采用两步映射法,对流项采用复合的迎风和中心差分、其他空间导数项采用中心差分数值离散。3.开展了波浪与结构物作用的应用研究,首先,对边界造波法及PLIC-VOF方法进行数值验证；其次,分析了均匀流与圆柱相互作用的流场、涡结构以及阻力系数和升力系数的演化；再次,研究了波浪与大尺度圆柱作用产生的绕射、反射现象；然后开展了波浪与不同形状结构物相互作用的应用研究,对波浪与方柱、波浪与圆端形桥墩、波浪与群墩结构的相互作用进行研究；研究表明,波浪的波形及时空的演化与理论解非常吻合；能够很好的模拟波浪与结构物的作用,叁维均匀流与圆柱相互作用数值计算中所得的阻力系数和升力系数与其它相关文献数值结果相当吻合,大直径圆柱的绕流分析中绕流系数的数值计算结果与理论解吻合很好；4.推导了拉索与桥面耦合振动非线性方程,分析了单根拉索与桥面参数耦合振动以及相邻索与桥面耦合振动及邻索耦合振动。研究表明,在考虑索的垂度、拉索与桥面两质量之间耦合特性的情况下,索不仅在索与桥面的频率比为1附近时会发生共振,而且在频率比为1／2、2附近时也会发生较大幅度振动；拉索与桥面的倾角及拉索与桥面质量比均会对拉索局部振动产生影响,随着索的倾角增大以及桥面与索的质量比的增大,索的谐波共振振幅会减小,而索与桥面频率比为1／2、2时的内共振振幅会明显增大。在桥面振动频率与索的频率比1附近有较宽的共振域,当桥面振动频率与两相邻索中一根索的频率比为1时,会引起两相邻索同时发生较大幅度的振动；当两相邻索的自振频率比较接近时,其中一根索发生参数振动时,另一根索也会发生较大幅度的振动。5.探讨了大跨度跨海斜拉桥在波浪效应作用下桥梁结构的动力响应,并对波浪效应下拉索的振动响应进行研究。结果表明,波浪效应下边跨由于辅助墩较多,受到较大波浪力的影响,桥梁主梁振动加速度、弯矩等在边跨处响应均比桥梁主跨处响应要大的多。波浪效应下主塔加速度响应在顶部最大,进入索区加速度会有所减小,主塔弯矩响应则会在进入索区后,在长索区弯矩响应相比较其它位置要大。对于长索来讲,波浪荷载会加大索跨中的竖向位移响应。最后,对本文的研究工作进行总结,并提出了需要进一步研究和拓展的相关课题。
郭霆[10]2017年在《计及粘性修正的单点系泊FPSO运动性能研究》文中研究说明海洋浮式结构物的水动力性能是评估其能否安全稳定地工作在某一固定海域的重要指标。对海洋浮式结构物的水动力性能分析通常采用频域势流理论和时域理论,并采用耦合运动响应分析来模拟浮式结构物的真实运动情况。运用水池模型试验对数值模拟进行验证时,由于模型水池侧边壁和底部的存在,使得水池模型试验结果往往与数值模拟存在一定差异,因此需要考虑水池边壁效应对海洋浮式结构物水动力性能的影响。本文以单点系泊FPSO作为研究对象,通过频域理论研究方法、时域理论研究方法对单点系泊FPSO的船体水动力性能进行计算和研究。基于叁维弹性细长杆理论建立单点系泊FPSO的系泊缆索有限元模型,并计算系泊缆索的张力变化。通过时域异步耦合算法,实现单点系泊FPSO的船体与系泊缆索在导缆孔处运动位移及张力变化的传递和更新,进而进行了单点系泊FPSO系泊系统非线性时域耦合动力响应分析。最后,在计及边壁效应的情况下,研究了单点系泊FPSO的水动力性能变化。为此本文开展了以下工作:1、基于叁维势流理论,建立了单点系泊FPSO的湿表面网格模型,将粘性势流理论用于解决浮式结构物在波浪中的运动,推导计及粘性的自由表面格林函数的解析表达式以及其快速数值算法。并对单点系泊FPSO受到的一阶波浪激励力、平均波浪慢漂力,单点系泊FPSO的水动力系数和一阶运动响应进行了求解并进行了对比分析。运用DNV计算软件SESAM求解了单点系泊FPSO的二阶差频、和频波浪载荷以及相应的单点系泊FPSO的二阶差频、和频运动响应二次传递函数(QTF)。2、基于点源镜像法提出了水池边壁部分反射效应的水池格林函数的解析表达式以及其快速的数值算法。对单点系泊FPSO在波浪水池中运动的辐射和绕射问题进行了分析,求解了单点系泊FPSO受到的一阶波浪激励力、平均波浪慢漂力以及单点系泊FPSO的一阶运动响应,并对单点系泊FPSO在两个平行壁面间、矩形水池两种情况下进行了计算和分析,并对不同的边壁距离对单点系泊FPSO的水动力性能的影响进行了对比分析和讨论。3、基于叁维弹性细长杆理论建立了系泊缆索的有限元模型,并且运用亚当-莫尔顿法求解了系泊缆索的动力响应问题,在考虑系泊缆索及立管系统的动力响应特性时,细长杆理论比悬链线理论更有效,且比集中质量法计算精度更高。运用叁维弹性细长杆理论对单点系泊FPSO的系泊缆索进行计算并与商业数值计算软件Ariane计算结果通过数值统计的形式进行了对比。最后对单点系泊FPSO的系泊缆索受到不同频率以及振荡幅值的入射波影响下的张力变化进行了计算和分析。4、给出了将计及粘性耗散的无限水深开阔水域频域格林函数法计算得到的深水浮式结构物的水动力系数以及波浪力传递函数通过傅里叶变换得到时域下的深水浮式结构物水动力脉冲响应函数的间接时域计算方法,并将间接时域计算方法计算得到的结果与频域理论计算结果进行了对比。运用间接时域法求解了单点系泊FPSO本体的运动以及单点系泊FPSO的一阶波浪力。建立了非线性时域耦合运动响应计算模型,对单点系泊FPSO船体及其系泊缆索在不同的计算时间步长下进行了计算,并在导缆孔处通过异步耦合的方法传递和更新了单点系泊FPSO相应的运动位移及张力变化信息,进而实现了单点系泊FPSO的非线性时域耦合响应计算。
参考文献：
[1]. 近岸波浪对结构物作用耦合数值模型及其工程应用[C]. 王永学, 齐鹏. 新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（下册）. 2001
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