【摘 要】
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波浪对结构作用问题在实际工程中较为常见,如波浪与海上钻井平台立柱、海上风力机的基础平台、浮式防波堤与海上浮式波能发电装置等结构作用问题。结构受到波浪的冲击与冲刷作用,容易出现结构疲劳损坏与侵蚀破坏,并进一步影响结构的稳定性与可靠性。综合上述研究背景,基于开源程序Dual SPHysics,建立了数值水池,本文对波浪作用下三圆柱管束结构、正三角形排列三圆柱结构、自由式与系缆式浮体结构的耦合作用问题进
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波浪对结构作用问题在实际工程中较为常见,如波浪与海上钻井平台立柱、海上风力机的基础平台、浮式防波堤与海上浮式波能发电装置等结构作用问题。结构受到波浪的冲击与冲刷作用,容易出现结构疲劳损坏与侵蚀破坏,并进一步影响结构的稳定性与可靠性。综合上述研究背景,基于开源程序Dual SPHysics,建立了数值水池,本文对波浪作用下三圆柱管束结构、正三角形排列三圆柱结构、自由式与系缆式浮体结构的耦合作用问题进行了数值模拟,主要研究工作如下:（1）在规则波与非规则波作用下,分析不同浪向角对三圆柱管束结构的受力特性的影响。选取波周期、波高值与水深为研究参数,重点分析该参数对结构的水动力响应特性影响。相关研究表明:三圆柱管束结构在规则波作用下,其所受波浪力统计值大于非规则波工况结果;当增大波高值时,三圆柱管束结构的波浪力统计值变化表现为上升趋势。另外,结构的侧边受冲刷作用较为强烈。三圆柱管束结构周围沿展向方向的压强分布呈现强烈的三维特性,特别在结构高度区间为Z/D=0.8～1.25范围内,波浪破碎作用较为强烈导致压强分布三维特性进一步增强。（2）在规则波作用下,考虑了不同浪向角（α=0°～105°）与不同波参数（波高与波周期）对正三角形排列三圆柱结构的波浪力特性与波浪场分布特性的影响,并与无中心小圆柱多柱体系统工况结果进行对比分析,重点分析了波浪与三圆柱结构相互作用中波浪场分布特性、各柱体结构的波浪力相位差分布特性。相关研究结果表明:随着浪向角变化,多柱体系统中各柱体结构的波浪力统计值波动幅度较为显著;当无中心圆柱时,三圆柱结构中存在两柱体结构的波浪力统计值随浪向角变化幅度较前者有所减少。当浪向角为30°时,三圆柱结构中各柱体的波浪力统计值达到最小值;三圆柱结构中两柱体的波浪力相位差接近0°,处于“同相”模式。中心小圆柱对三圆柱结构的波浪场分布特性具有一定的影响。（3）在规则波作用下,讨论了具有不同形状参数的三维浮体结构在波浪作用下的水动力特性与自由度响应特性,重点探究不同浪向角对三维自由式浮体结构受力特性与自由度响应特性影响。另外,对波浪与具有不同形状参数的三维系缆式浮体结构相互作用问题进行了计算,重点分析了不同波浪参数对结构的受力特性影响与其自由度响应特性。相关结果表明:不同浪向角下,随自由式浮体结构的形状参数增大,结构所受波浪力亦逐渐上升。结构的纵向位移随对形状参数变化的敏感性较低,当形状参数A/B=1时,浮体结构的最大纵摇角度达到最大值以及其所具有的最大动能亦达到最大值。波浪作用下系缆式浮体结构的垂向时均波浪力随形状参数A/B增大而逐渐减少,而顺流向时均波浪力随形状参数增大而逐渐增大。
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