【摘 要】
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畸形波是一种瞬时存在、波高巨大的灾害性波浪,对航海及海洋工程设备具有较大的破坏性。目前,畸形波的理论方程存在局限性,其生成机制、影响因素等还尚不明确。由于畸形波出
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畸形波是一种瞬时存在、波高巨大的灾害性波浪,对航海及海洋工程设备具有较大的破坏性。目前,畸形波的理论方程存在局限性,其生成机制、影响因素等还尚不明确。由于畸形波出现的概率较低,实测资料较少,其研究工作仍处于初始阶段。有关畸形波与海洋浮式结构物相互作用的研究则更少。本文基于CFD方法来研究畸形波及其与浮式结构物的相互作用,主要研究内容和成果如下:(1)基于水动力学理论和结构动力学理论,建立波浪与结构物相互作用的流固耦合数学模型,包括不可压缩的连续性方程与N-S方程、经有限元离散后的线弹性结构动力学方程,以及自由液面、固液交界面、壁面边界、无限远场边界条件和初始条件等。(2)基于传统的线性波浪叠加理论,对CFD软件Fluent进行了二次开发,分别在二维和三维数值波浪水池中模拟畸形波。计算验证了极限聚焦波浪模型的局限性及组合波浪模型模拟畸形波的可行性。(3)基于双向流固耦合的原理与方法,结合切片理论,在二维数值波浪水池中建立了畸形波与刚性浮式结构物相互作用的数值模型,计算得到了波面变化及结构物的运动时历,并将计算结果与相关试验结果进行对照,验证了本文方法的可行性。在此基础上,通过一系列工况的计算,得到了结构物周围波面的变化情况、运动响应、表面上浪水位高度和砰击载荷等重要参数,并分析甲板上浪机理,实现了波浪翻卷、飞溅等流体强非线性过程的数值模拟。(4)在三维数值波浪水池中建立了畸形波与铝质浮箱相互作用的耦合数值模型,计算了浮箱在畸形波中的运动响应、水动力响应及结构响应等。
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