任意形式布置的相连多浮体阵列水动力模型

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本文基于三维势流理论,采用高阶边界元方法,在频域内建立了铰接情况下以任意形式布置的多浮体阵列水动力求解模型,并结合存储量小、计算效率快的快速多极子算法,对多浮体阵列的运动响应进行了数值计算。本文将海浪或光能发电装置、海上浮动平台等复杂的海上浮式工程结构看做由铰连接的多个刚体组成的多浮体阵列系统,建立了任意形状铰接多浮体阵列系统的运动响应方程和水动力模型。区别于单体水动力计算,多浮体阵列系统的计算除了要考虑波浪与浮体间的耦合,还需要考虑浮体之间的耦合问题对整体系统的影响。本文由基于快速多极子技术的边界元方法来解决多浮体水动力耦合中巨大的计算量和存储量问题,建立阵列刚体运动方程求解运动响应。不局限于首尾连接的线性排列系统,多浮体阵列对浮体尺寸和数量没有限制,连接装置的布置也可以更加复杂。由于刚体数量不限,需要统一系统的坐标系,将已知单体运动方程转化为在整体坐标系下的阵列运动方程。通过物体在铰接点处位移连续、转角相等等约束条件以及对物体进行受力分析,本文详细推导了不同铰接情况下的约束矩阵,建立了任意形式布置的铰接多浮体阵列的水动力分析模型。本文在多浮体水动力计算程序WAFDUT的基础上开发了任意形式布置的相连多浮体阵列水动力计算程序,分别计算了其他作者已发表的刚接、铰接情况下两方箱系统和波浪的相互作用来验证本文方法的正确性,对比结果吻合良好。最后,对比了不同布置形式、连接方式、水深、波浪入射方向等影响因素下多浮体阵列系统的运动响应。
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