超大型浮体结构水弹性问题研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qiyueliuhua
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超大型浮式结构物的波浪响应是一个典型的水弹性响应问题。箱型超大型浮体结构由于其长宽尺度远大于其厚度,故其弯曲刚度相对较小,浮体的弹性变形及其结构与流体之间的相互耦合作用必须考虑,因此,必须采用水弹性理论来研究浮体结构的相应问题。由于结构尺度巨大及实验条件所限,通过实验研究存在较大的难度。所以,从经济性、可靠性和易实现性等方面出发,进行各种理论研究就显得尤为重要。为此,有必要对超大型浮体结构的水弹性问题进行详细的理论研究。本论文具体研究工作如下:研究了有限深水域中,有限长弹性浮板在水波激励下的动响应问题。对于弹性浮板的水波衍射问题,其边界条件中出现高阶偏导数,并且出现混杂边值限制。对于混杂边值问题,Wiener-Hopf求解方法具有许多优点,可用于构造浮板的水波衍射问题的解析解。采用Wiener-Hopf方法,可将解延拓到整个复平面上,两个未知的常数可由板的边界条件确定。同时为了使其动力学分析结果更接近工程实际,浮板的控制方程采用Mindlin厚板理论描述。所以,基于上述方法和理论构建了浮板水弹性问题的解析解。在算例中分析了浮板厚度对动响应的影响规律。研究了水深对有限长弹性浮板水波动响应的影响规律。基于线性水波理论和Mindlin厚板动力学理论构建了无限深水域表面上有限长浮板的水波响应问题的解析解。同时推导出了含有六个方程的线性代数方程组,并给出了透射系数和反射系数的解析表达式。针对几种入射水波情况,计算不同水深情况下弹性浮板的水弹性响应结果,并与无限深情况的结果进行了对比,以揭示水深对其水动力学特性的影响规律。研究了有限深水域中,有限长弹性浮板在周期外载荷的激励下的水弹性响应问题。当浮体结构上面有动力设备或其它激励源激励时,因为这些激励会对浮体的安全性和可靠性产生较大的影响,这时就需要研究在激励源的作用下,水中浮体的水弹性响应问题。因此,基于Mindlin厚板理论和Wienier-Hopf方法,针对周期外载荷(集中载荷、分布载荷)激励下有限水深水面上二维有限长弹性浮板的动力学特性进行了研究。同时针对不同周期外载荷的作用位置和作用接触面宽度对浮板动响应的影响进行了详细的研究。分析研究了水波中带有端部弹性约束的有限长弹性浮板的动力学特性。虽然人们对超大型浮体结构的锚泊系统进行了大量的理论与实验研究,但很少有人将锚泊系统中的锚链处理为弹性体。基于上述的考虑,本文将锚泊系统中锚链看作是弹性体,来研究其对浮体结构水波动力学特性的影响。通过研究锚链刚度与浮板水弹性响应之间的关系,揭示了几种约束在减振方面的优缺点,从而为超大型浮体结构的锚泊系统设计提供理论支持。
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