减振板作用下的超大型浮体水弹性响应解析分析

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bupingzhenren
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超大型浮式结构物对于利用海洋空间和开发海洋资源具有很大的实用价值,是目前国际海洋工程界研究的热点。2015年国务院印发《中国制造2025》,要求加快推动大型浮式结构物的开发和工程化。超大型浮式结构物是一种极为扁平的柔性结构物,必须将结构的变形与流场的作用耦合起来,采用水弹性理论进行分析。本文在势流理论基础上,采用特征函数法计算减振措施下超大型浮式结构物的水弹性响应。本文采用箱式超大型浮式结构物,利用欧拉梁理论将浮体结构简化为二维弹性梁。在流体求解时,将结构与流体组成的动力系统进行区域划分,采用特征函数展开法并联合使用模态展开法求解流体速度势,利用各区域边界上速度势和速度的连续条件建立方程组,求得辐射势和绕射势系数,进而得到流体的速度势。在结构求解时,利用二维弹性梁的振动微分方程,推导出弹性浮体的运动方程,将流体速度势代入水弹性运动方程,求解运动方程得到各阶模态幅值,并采用模态叠加法求得超大型浮式结构物的水弹性响应。借助Fortran语言编译程序,通过与文献数据进行对比,验证了本文解析方法的有效性和程序的可行性。在结构迎浪端布置减振板时,能有效减小结构整体的水弹性响应,特别是结构迎浪端及中部的变形和弯矩,但对结构尾端的减振效果有限。存在最佳的减振板宽度和入水深度,使减振板发挥最大的减振效果。对比有无配置减振板情况下,入射波波长变化对浮体水弹性变形的影响,在合适的入射波长范围内,减振板对结构的水弹性响应有较好的减弱效果。可考虑在实际超大型浮体上安装减振板,以减小结构的水弹性响应。在结构迎浪端和尾端配置减振板情况下,利用结构对称性推导了速度势的求解公式和水弹性运动方程。在两端配置减振板时,能大幅度减小结构整体的水弹性响应。双板也存在最佳参数使减振板发挥最大的减振效果,且双板最佳参数变化规律与单板相同,但最佳参数值不相同。对比分析了无减振板情况下、最佳参数单减振板作用下、最佳参数双减振板作用下结构的水弹性响应,并对这三种情况进行波长分析,无论是减振效果还是对波长的适应范围,双减振板较单减振板都具有明显的优势。本文讨论了结构自身刚度变化对结构弹性响应的影响,增大刚度对结构的减振效果有限。在1m波长和2m波长入射情况下,随着水深增加,结构变形和弯矩都增大;在相同水深条件下,随着波长增大,结构变形和弯矩都增大。本文的研究为超大型浮式结构物今后的工程应用提供理论依据。
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