基于数值波浪水池的导管架平台流固耦合动态特性研究

作     者：王雅杰 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周国强;王维刚

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：数值波浪水池 摇板造波 阻尼层消波 斜坡式消波 流固耦合 

摘      要：伴随海洋能源的开发,在建立海洋工程的同时,研究者们越来越关注波浪与结构物之间的作用关系,同时随着计算机技术的兴起波浪也可由多种方式实现。在数值波浪水池的基础上实现造波的功能从而模拟波浪载荷与结构物的相互作用问题已成为水动力学者的研究热点。因此,本文研究的重点内容是在数值波浪水池的基础上,利用流固耦合原理模拟固体与流场之间的动态响应特性,主要工作及其研究成果包括以下几项:第一,分析介绍了数值波浪水池和流固耦合的背景意义及国内外的发展现状。同时,为实现水池的建立及耦合的模拟引入了计算流体力学波浪理论和流固耦合基本原理等相关概念。第二,采用摇板造波的原理,利用流体体积法(VOF)追踪自由面的变化情况,结合RNGk-?模型并求解N-S方程,以二次开发软件UDF宏命令编写程序,通过对相应参数及边界条件的设置建立了二维、三维数值波浪水池。同时,在二维、三维数值水池的模拟中均对比了摇板造波情况下阻尼层消波及斜坡消波的消波效果。通过监测面得到的数据将模拟后的结果与理论结果进行对比,两种数值水池模型都得出了阻尼层消波的消波效果高于斜坡消波效果的结论,得到了比较令人满意的效果。第三,基于数值波浪水池造波、消波功能,分析了桩基式导管架平台在流固耦合作用下的动态响应特性。首先,通过建立导管架模型,对单向耦合环境下部分导管架的动态响应特性进行了分析,通过数据处理得出了在单向耦合作用下结构物所受的压力和最大等效应力值的变化规律。其次,对桩腿建立有限元模型并对比了其在单、双向耦合作用下波浪与平台桩腿的动态响应结果。由桩腿所受的压力和最大等效应力值的变化规律得出了双向流固耦合更符合实际工程需求的结论。