随着海洋资源的开采逐渐从浅水转移到深海海域,半潜式平台凭借其良好的适应性和抵抗恶劣环境的能力,逐渐成为探索海洋资源的首选工具。海洋平台在建造完成后,需要由拖轮拖曳至指定工作海域。在此拖航过程,半潜式平台会受到波浪砰击作用,尤其是撑杆等细长结构物更容易遭受波浪的砰击,从而发生结构损坏,甚至会对海上作业人员的生命安全产生严重危害。因此,研究和预报半潜式海洋平台的波浪砰击都具有重要的工程应用价值,即在平台结构设计阶段充分考虑将砰击载荷考虑在内,来实现对其结构强度的提高。本文首先对国内外半潜式海洋平台的波浪砰击研究的现状和方法进行了归纳和总结。在风、浪和流等综合海况下,运用CFD(计算流体力学)方法来预报波浪砰击,研究了半潜式海洋平台在拖航工况下波陡参数、流速和浪向角对平台撑杆的波浪砰击影响的机理和敏感性。畸形波作为极端危险海况,不仅发生在大风大浪的恶劣天气,而且在风平浪静的海况下也常常发生,并对半潜式平台造成巨大破坏。因此,对半潜式平台在正常拖航工况下的遭遇畸形波砰击的问题进行了研究,得到了平台遭受畸形波砰击时的压力变化特性。最后,对半潜式海洋平台进行了拖航模型试验,并与数值模拟结果进行了对比,验证了数值模拟方法的可靠性。具体的研究内容包括:(1)本文首先对最近几年海洋平台受到的波浪砰击问题的研究现状以及数值模拟方法进行了一定的归纳和总结,并且研究了波浪砰击问题的研究热点和存在问题,给出了解决上述问题的研究方法。(2)本文通过运用VOF(流体体积函数)法对粘性流体随时间改变的非定常运动进行了研究,并运用重叠网格法较为准确的模拟了在考虑流固耦合作用下的半潜式海洋平台运动响应。着重优化数值波浪水池的造波网格参数和求解器设置。通过对波浪数值模拟结果和理论值进行对比分析,从而验证数值波浪模拟结果的准确性。(3)运用上述模拟方法,在创建的数值水池中研究了半潜式平台撑杆波浪砰击及参数影响机理和敏感性;预报了半潜式平台撑杆在拖航工况下的波浪砰击。得到了波陡、流速、浪向角等参数对半潜式海洋平台撑杆波浪砰击的作用规律。同时对撑杆表面的砰击压力分布区域进行了研究,研究得出撑杆表面的砰击压力分布特性,为海洋平台的设计提供了理论支持。(4)基于傅汝德相似性准则,设计了试验物理模型,完成了水池模型试验方案,进行了半潜式平台波浪砰击拖航试验。通过试验得到了半潜式海洋平台撑杆和立柱在拖航工况下受到的波浪砰击压力分布特性及变化规律。同时验证了上述CFD研究方法的准确性。(5)基于CFD方法研究了畸形波对半潜式平台撑杆的波浪砰击,运用Longuet-Higgins模型通过MATLAB语言编程生成畸形波。基于生成的畸形波,创建了畸形波数值水池,并研究了畸形波作用下半潜式平台波浪砰击特性。着重分析其平台不同部位受到畸形波砰击压力的影响规律,这为半潜式海洋平台的结构设计提供了理论支持。