波浪与三维直墙—方箱系统相互作用的模拟研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yjhsw
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海洋工程结构之间往往存在远小于自身尺度的窄缝。海上作业过程中,由于实际海况波浪成分较为复杂,在特定频率入射波浪作用下,窄缝内水体将会发生大幅共振响应,不仅会使间隙内波高显著增加,还会使结构所受波浪力大幅增大,严重影响海上作业安全,因此对于窄缝共振的变化规律及作用机理进行深入研究是很有必要的。本文选用码头前驳船或FPSO-LNG联合作业系统为研究对象,对于窄缝共振现象的影响规律开展详细探究。研究中假定直墙无限长并且完全反射并基于镜像方法将非开敞水域下的单向波作用问题转化为开敞水域下的对称双向波的作用问题。同时,通过在窄缝内部引入黏性阻尼力,并分别通过应用特征函数展开以及高阶边界元方法建立了波浪与方箱-直墙系统的二维和三维数值修正势流分析模型。基于所建立的数值模型开展了系统的数值计算研究工作。首先,对于直墙前方箱所受的波浪力进行分析,并将二维与三维计算结果进行对比。通过研究发现:在特定频率下,窄缝间水体将发生急剧共振响应,导致波浪力发生显著地增大,且模型参数条件的改变对于波浪力共振响应具有一定的影响。在三维计算结果中,出现多个波浪力峰值频率,而不同工况下二维波浪力计算结果中仅出现一个峰值频率,且相对于三维结果共振频率偏小,对应的峰值波浪力整体偏大,且二维情况相对于三维对于模型参数条件的改变更为敏感。随后,对于直墙前三维方箱窄缝间共振波高进行分析,通过方箱背浪侧等间距设置5个测点,研究了窄缝间不同位置处水体的波面共振情况,可以发现,不同模型参数下间隙内中点附近共振响应最为剧烈,但波高变化非线性响应最弱,而越接近间隙边缘处其非线性响应越强烈,但相应的共振波高却越小。还可以发现波浪力峰值频率与相应的波高峰值频率相差很小,且通过对比二维结果与三维结果,也可以得到在波浪力对比研究中相类似的结论。最后,本文对于直墙前漂浮方箱运动特性及窄缝共振现象开展研究。首先对于直墙与漂浮方箱窄缝间波高与模型参数之间的依赖关系进行计算分析。结果表明,方箱垂荡运动RAO将随着入射波频率的改变出现多个峰值响应,较低频率下的峰值受入射角度与阻尼系数变化的影响较小,而较高频率处峰值受吃水深度变化的影响较小。方箱漂浮状态下较低频率处波面振动模态由于方箱自身垂荡运动将与方箱固定状态下相应频率处的波面振动模态产生显著差异,而入射波浪频率较高时二者差异是较小的。
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