浅水波作用下多浮体系统非线性水弹性响应分析

发布时间：2020-07-23 18:51

【摘要】：随着世界各国对近海资源的开发,各种形式的多浮体系统(浮桥、悬浮隧道、水上光伏等)呈现出广阔的应用前景。这些多浮体系统具有以下特点:第一,常处于近海海域,受浅水波浪的作用,多浮体系统的水动力学特性具有非线性特点,且会受到波浪场非均匀性的影响;第二,根据多浮体系统的结构形式和应用条件,存在着移动载荷等结构非线性问题;第三,多浮体系统空间尺度较大,柔性较强,在波浪等复杂载荷作用下会发生明显的弹性变形。复杂载荷作用下的多浮体系统的水弹性响应,对于多浮体系统的设计具有重要工程意义。本文对浅水波浪的非线性和非均匀性、水弹性方法的应用范围、波浪与多浮体系统相互作用机理与非线性问题等进行研究。针对浅水波浪的非线性特点,本文介绍了二阶Stokes波浪理论,并引入一种波浪谱变换方法,根据线性波浪谱和水深获得非线性波浪谱;针对波浪非均匀性,本文对倾斜海底条件下波浪的演化进行了研究,讨论了不同位置的波浪的相关性;针对水弹性方法的应用范围问题,本文阐述了准静态方法和水弹性方法的联系与界限;针对波浪与多浮体系统相互作用机理问题,本文以分置式浮桥为例,建立了分置式浮桥水弹性响应预报的频域与时域方法,对复杂载荷作用下分置式浮桥的水弹性响应进行研究;针对流体与结构相互作用过程中的非线性问题,本文以半浸没圆柱为例,讨论了满溢现象对于半浸没圆柱水动力性能的影响。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P75;P731.22
【图文】：

非线性波浪,水深,波浪谱,不规则波

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00.00.1Wave frequency (rad/s)图 2-6 不同水深下(2) (1) 2a / [ a ]与波浪频率的关系Fig.2-6(2) (1) 2a / [ a ]varying with wave frequency for different water depth2.5.2 浅水中的不规则波为了研究浅水中的不规则波波谱与水深的关系，采用 JONSWAP 波浪谱，根据二阶 Stokes 波浪理论，取不同的有义波高、谱峰周期和水深，对一阶波面升高、二阶波面升高以及变换后的非线性的波浪谱进行了计算。为了确保统计结果的可靠性，不规则波的仿真时间为 3 小时以上。针对有义波高 6m、谱峰周期 8s 的工况，不同水深下的非线性波浪谱如图 2-7所示。当水深在 10m-20m 时，波浪谱呈现出较为明显的非线性特征，和频和差频项均较为显著；当水深超过 20m 时，波浪谱的非线性特征变得不再显著。

示意图,水深,示意图,模型描述

3.4 算例研究3.4.1 模型描述如图3-4所示，设倾斜海底坡度为1：20，长度 l =400m，x 0处的水深1d 25m，则 x 100m , 200m , 300m处的水深依次为2 3 4d 20 m, d 15m

模型图,模型,水弹性方法,垂向

准静态方法与水弹性方法对一块漂浮在水面的板进行的弯矩。板的参数如表 4-2 所示。板的有限元模型如的数据和（4-19）式可以算出，板的一阶垂向弯曲模图 4-2 给出了板的一阶垂向弯曲振型。表 4-2 板的特征参数Table 4-2 Properties of the plate model名称符号数值单位长 L 300 m宽 B 60 m型深 D 2 m吃水 d 0.5 m向弯曲刚度 EI 4.77×1011N·m2杨氏模量 E 1.19×1010N/m2泊松比 ν 0.13 /质量密度 ρ 256.25 kg/m3

【参考文献】