畸形波对三维板式结构物砰击作用的数值模拟

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:lls2508
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畸形波是海洋中一种波高大、能量集中、非线性强且出现相对频繁的极端波浪。正是由于畸形波的这些特点,使其与海洋结构物发生砰击时,会对结构造成更大的破坏。国内外已有学者对畸形波与二维结构物间相互作用进行了探索,但关于畸形波对三维板式结构物砰击作用问题的研究依然甚少。本文基于STAR-CCM+构建三维数值波浪水槽,利用速度入口法生成五阶Stokes波和基于Peregrine呼吸子解模型的畸形波,并进行网格收敛性分析,得到合适的划分方法,且波浪参数与理论值吻合良好。建立了波浪对三维板式结构物砰击作用的数值模型并完成模型验证。将“同尺度”的五阶Stokes波和畸形波进行对比,发现畸形波的波面时历更加“饱和”,水质点速度更大,波形像前进的“水墙”;分析这两种波浪对三维平板底部和前侧砰击作用的差异,发现畸形波对平板底部砰击力和砰击压强更大,这与水质点垂直速度更大及砰击水体更多相关;畸形波对平板前侧砰击力、砰击压强和相对湿面积更大,这是因为水质点水平速度更大和波峰前半部更加陡峭。最后逐一地探讨畸形波对三维平板底部和前侧的砰击载荷随影响因素的变化规律,发现随着聚焦位置后移,平板底部最大砰击压强位置后移,平板前侧的砰击力、砰击压强和相对湿面积都减小;随着相对气隙的增大,平板底部和前侧的砰击力、砰击压强和相对湿面积都随之减小;随着相对板长的增加,平板底部砰击力、砰击压强和相对湿面积逐渐减小,但前侧的砰击力、砰击压强和相对湿面积都增大;随着迎浪角的增大,平板底部砰击力增大,而前侧的砰击力减小。最后研究了畸形波对半潜式平台砰击作用,以HYSY-981平台为例,计算畸形波对固定平台砰击载荷,将其与平台甲板尺寸参数相同的三维平板进行对比;计算畸形波对浮式平台的砰击载荷及其运动响应,对比分析其与固定平台的异同,为畸形波对半潜式平台砰击载荷的数值计算提供可行的方法。
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