不规则波中浮式结构物运动响应的时域分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:simon_sx
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人类与海洋一直是相伴相生的关系,进入新世纪后,对于海洋的开发和利用更是成为了全球热点。从大型海上钻井平台到探测海底的无人深潜机器人,从环览岛礁的私人游艇到巡弋大洋的坚船利舰,担负着各种职能的浮式结构物遍布四大洋,这些也是人类与海洋交流的平台。为了更好地靠近海洋,人们从未停止过对这些海上结构物的建造和研究,而这中间关键的一环就是对海浪的模拟。在相当长的时间内,规则波作为模拟海况的方法被广泛应用于工程及科研领域,而现实中的海浪是一种受诸多因素影响的复杂物理现象,需要采用不规则理论对海浪进行研究,才能更为正确地描述海浪。本文旨在建立浮体在不规则波中运动的时域分析方法,为更合理、更经济的工程设计贡献一点力量。本文基于Rankine源法,采用高阶面元法对计算边界面进行离散,建立了边界积分方程的求解方法。通过时间步进的方法在每个时间步分别求解边界积分方程和运动方程,从而实现对时域问题的模拟。然后使用自编程序计算了相关的定常问题和时域中的绕射、辐射以及自由运动问题,验证了所使用方法的可靠性。接下来本文通过编程实现了时域的计算方法,并对一条FPSO在规则波中的运动响应进行了数值模拟,对相关现象进行了分析。然后分别采用双参数P-M谱和白噪声谱模拟了长峰不规则波,并计算了FPSO在迎浪不规则波中的运动响应,通过与规则波结果进行对比分析了不规则波对浮体运动的主要影响因素。不规则波由于包含了多频率的成分波,在模拟时需要注意对应于高频成分需要适当增大网格密度,对于低频成分需要适当增加计算域范围来进行消波处理,如此方能获得较好的模拟结果。此外,本文还引入了一种对波浪谱进行修正的方法,通过对白噪声谱和双参数P-M谱进行修正并与目标谱对比,证实了该方法的有效性,但同时发现了该方法的局限性,即只有用于对模拟时所采用的各频率所对应的波浪谱进行回归分析时才能得到准确地结果,其它频率点计算结果的偏差程度反而会加大;最后研究了波浪谱修正对浮体运动响应的影响。
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