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基于HOBEM的内置式惯性波能装置水动力特性研究

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基于HOBEM的内置式惯性波能装置水动力特性研究

作者：朱智伟哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着地球资源的日益消耗,能源问题日益加重,人类对新能源的需求日渐提高,波浪能作为一种绿色清洁的新能源受到全世界各国的广泛关注。波浪能装置是一种获取波浪能量的常用装置,其中能量转换效率是衡量装置好坏的重要参数,因此怎样提高... 详细信息

随着地球资源的日益消耗,能源问题日益加重,人类对新能源的需求日渐提高,波浪能作为一种绿色清洁的新能源受到全世界各国的广泛关注。波浪能装置是一种获取波浪能量的常用装置,其中能量转换效率是衡量装置好坏的重要参数,因此怎样提高能量转换效率成为当下波浪能装置的研究热点。振荡浮子式波浪能装置是一种高效的波浪能俘获装置,其主要工作状态是在波浪力影响下做振荡运动,因此对装置进行水动力分析是求解能量转换效率的重要一环。边界元作为计算水动力的一种重要方法,主要通过建立积分方程,从而求解出波浪能装置在流场中的水动力参数。而边界元方法在离散过程常使用等参元的方法,在对曲面的离散网格划分中,经常出现离散单元不连续的问题。除此之外,波浪能装置在极端海况下,由于内部质量块与外部浮子之间相对运动过大,会产生损坏装置的问题,因此研究出一套非线性阻尼系统来保护波浪能装置也成为了目前改进波浪能装置的一个重要研究方向。本文针对上面的问题,利用高阶边界元方法来对物面进行拟合,通过非均匀有理B样条曲线(NURBS)方法,选取三阶B样条插值函数对建立的波浪能装置模型进行网格划分,结果表明,划分后的网格拟合效果更加贴合物面。其次,研究了内置式惯性波浪能装置的浮子和内部质量块之间的耦合水动力性能,建立了浮子与内部质量块的耦合运动方程和能量转换模型,建立了在极端海况下非线性阻尼系统的耦合运动方程并利用数值方法进行求解。最后,在高阶边界元方法下,对内置式惯性波浪能装置进行水动力计算,通过优化参数来提高装置水动力性能,并在此基础上仿真计算出非线性阻尼下的运动位移曲线,实验结果表明非线性阻尼系统能够有效的减小内部质量块在极端海况下的位移,从而起到了保护波浪能装置,延长装置使用寿命的功能。

关键词：高阶边界元方法内置式非线性阻尼水动力

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半潜式钻井平台波浪散射力与运动响应分析

船舶力学 2013年第5期17卷 478-487页

作者：王科贺大川张志强大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室工程力学系辽宁大连116024

文章对半潜式钻井平台(Semi-Submersible)在波浪作用下的散射波浪力和运动响应进行了分析研究,研究中采用了基于波浪辐射、绕射理论的三维有限水深格林函数方法。为了保证这种大型复杂海工结构物计算结果的高精度,研究中对于边界积分方... 详细信息

文章对半潜式钻井平台(Semi-Submersible)在波浪作用下的散射波浪力和运动响应进行了分析研究,研究中采用了基于波浪辐射、绕射理论的三维有限水深格林函数方法。为了保证这种大型复杂海工结构物计算结果的高精度,研究中对于边界积分方程的离散求解采用了考虑几何对称性的高阶边界元算法。通过对计算结果的比较分析,对这种型式的钻井平台的波浪力和运动响应有了一个全面的认识,对结构设计有很好的参考价值。

关键词：半潜式钻井平台散射波浪力运动响应格林函数高阶边界元方法

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遗传算法在海上多浮体波漂移力优化中的应用

哈尔滨工程大学学报 2019年第2期40卷 240-246页

作者：张志刚何广华王正科哈尔滨工业大学(威海)船舶与海洋工程学院山东威海264209

针对海上浮式结构物的防护问题,考虑利用实数编码的遗传算法对结构物的尺寸参数和迎浪角进行优化,以降低海上结构物的波漂移力。对于浮式结构物的波漂移力计算,本文基于波浪交互理论和高阶边界元方法建立了三维多浮体水动力数值分析模... 详细信息

针对海上浮式结构物的防护问题,考虑利用实数编码的遗传算法对结构物的尺寸参数和迎浪角进行优化,以降低海上结构物的波漂移力。对于浮式结构物的波漂移力计算,本文基于波浪交互理论和高阶边界元方法建立了三维多浮体水动力数值分析模型。计算结果表明:利用优化的尺寸参数和迎浪角,不仅可以有效降低整个浮体群的波漂移力,也可以有效减小每个浮体的波漂移力。同时,优化后的浮体周围波面得到了明显改善,从而降低了甲板砰击和上浪发生的可能性。研究发现,浮体波漂移力的减小与其迎浪侧和背浪侧的波高分布密切相关。

关键词：遗传算法多浮体波漂移力迎浪角波浪交互理论高阶边界元方法甲板砰击

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半潜式采油平台波动压力分析

哈尔滨工程大学学报 2016年第9期37卷 1190-1196页

作者：张志强王科贺大川施鹏飞陈彧超程小明大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学工业装备与结构分析国家重点实验室工程力学系辽宁大连116024 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

本研究依据波浪辐射和绕射理论,采用高阶边界元方法并考虑了半潜式采油平台几何形状的对称性,得到了特征波向和波浪频率下半潜平台湿表面的流体波动压力分布。研究中首先将半潜平台有限元建模、运动参数计算以及边界元数据输出统一成一... 详细信息

本研究依据波浪辐射和绕射理论,采用高阶边界元方法并考虑了半潜式采油平台几何形状的对称性,得到了特征波向和波浪频率下半潜平台湿表面的流体波动压力分布。研究中首先将半潜平台有限元建模、运动参数计算以及边界元数据输出统一成一个有机整体,并在半潜平台的复杂直角边和角点处发展了双重和多重节点重置的新方法,该方法极大的提高了波浪压力分析的准确性和高频波浪计算的数值稳定性。

关键词：半潜平台波浪辐射波浪绕射波浪压力高阶边界元方法双重和多重节点配置

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半潜式采油平台波浪漂移力分析研究

船舶力学 2014年第4期18卷 406-412页

作者：王科贺大川施鹏飞陈彧超大连理工大学工业装备与结构分析国家重点实验室工程力学系辽宁大连116024

对于半潜式采油平台而言,波浪漂移力是设计其锚泊系统的重要依据,文章依据波浪辐射和绕射理论,采用高阶边界元方法并考虑了半潜式采油平台几何形状的对称性,应用近场解法得到半潜平台6个方向的波浪漂流力。研究中还采用了在半潜平台直... 详细信息

对于半潜式采油平台而言,波浪漂移力是设计其锚泊系统的重要依据,文章依据波浪辐射和绕射理论,采用高阶边界元方法并考虑了半潜式采油平台几何形状的对称性,应用近场解法得到半潜平台6个方向的波浪漂流力。研究中还采用了在半潜平台直角边和角点处布置双重和多重节点的方法,该方法极大地提高了波浪漂移力的计算准确性和数值稳定性,特别是在高频波浪区域。

关键词：半潜平台波浪漂移力高阶边界元方法近场解法

波流与不均匀海域上浮式弹性板相互作用的非线性数值模拟

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振动与冲击 2017年第12期36卷 112-121页

作者：程勇嵇春艳翟钢军江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003 大连理工大学深海研究中心辽宁大连116024

波流混合作用下浮式弹性板的水弹性响应属于非线性范畴,尤其当波流传递到不均匀海底时,这种非线性行为更为复杂,因而采用完全非线性分析技术是唯一可能获得浮板精确水弹性响应的方法。采用高阶边界元法建立模拟波流与变水深海底上浮板... 详细信息

波流混合作用下浮式弹性板的水弹性响应属于非线性范畴,尤其当波流传递到不均匀海底时,这种非线性行为更为复杂,因而采用完全非线性分析技术是唯一可能获得浮板精确水弹性响应的方法。采用高阶边界元法建立模拟波流与变水深海底上浮板相互作用的时域完全非线性二维数值水槽;将Euler-Bernoulli-von Karman非线性梁模型加入到流固交界面的动力学边界条件中实现波流与浮板耦合作用,运用4阶Runge-Kutta法并联合混合欧拉-拉格朗日方案对瞬时自由水面和流固交界面进行更新;为获得浮板位移的空间各阶导数,使用一系列模态振型函数来近似当前时刻浮板的垂向位移,并利用Galerkin方法求解各阶模态主坐标。通过与无网格数值已知算法结果进行比较,验证了数值模型的可行性和准确性;进一步研究水流及不均匀海底的存在对浮板非线性水弹性响应产生的影响;最后探讨了不同流速对浮板高阶谐位移的影响规律。

关键词：浮式弹性板高阶边界元方法时域完全非线性水弹性响应波流混合作用不匀均海底

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FPSO型采油平台波浪漂移力的分析研究

哈尔滨工程大学学报 2008年第12期29卷 1261-1265页

作者：王科许旺大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

波浪平均漂移力是指由于波浪的一阶运动产生的二阶波浪力.对于系留状态的船型采油平台FPSO系统,不同波向波浪作用下、FPSO系统所受到的纵荡、横荡以及首摇方向的波浪平均漂移力是设计其锚泊系统的重要依据.为了计算FPSO系统一阶波浪辐... 详细信息

波浪平均漂移力是指由于波浪的一阶运动产生的二阶波浪力.对于系留状态的船型采油平台FPSO系统,不同波向波浪作用下、FPSO系统所受到的纵荡、横荡以及首摇方向的波浪平均漂移力是设计其锚泊系统的重要依据.为了计算FPSO系统一阶波浪辐射和绕射问题,采用高阶边界元方法并考虑FPSO形状的对称性;波浪平均漂移力则运用近场解法在湿表面上直接进行压力积分获得.与常数单元方法相比,该方法具有很高的精度,特别是对于高频波浪能得到可靠的收敛解.

关键词： FPSO系统波浪平均漂移力高阶边界元方法近场解法

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水流对聚焦波特性影响的数值模拟

哈尔滨工程大学学报 2013年第5期34卷 555-561页

作者：宁德志卓晓玲滕斌陈兵大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

为了研究水流对聚焦波浪特性的影响规律,利用势流理论建立了聚焦波和水流混合作用的完全非线性数值水槽模型,在时域内利用高阶边界元方法进行模拟,并采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面.通过实时模拟造波板运动在均匀水流中产... 详细信息

为了研究水流对聚焦波浪特性的影响规律,利用势流理论建立了聚焦波和水流混合作用的完全非线性数值水槽模型,在时域内利用高阶边界元方法进行模拟,并采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面.通过实时模拟造波板运动在均匀水流中产生聚焦波浪.通过对比发现,该数学模型可以准确模拟聚焦波浪的传播变形过程,并进一步研究了水流对聚焦波的影响,包括对聚焦波浪峰值、聚焦位置和聚焦时间的影响等.

关键词：聚焦波波流混合作用高阶边界元方法

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群遮效应对海上结构物波漂移力的低减作用

哈尔滨工程大学学报 2017年第11期38卷 1676-1681页

作者：何广华张志刚张子豪张世军哈尔滨工业大学(威海)船舶与海洋工程学院山东威海264209

针对波浪作用下海上浮式建筑物的波漂移力问题,考虑在海上建筑物周围合理地布设小型浮体群以降低海上建筑物的波漂移力。本文基于波浪交互理论和高阶边界元方法,建立了分析三维多浮体间群遮效应的数值模型。计算结果表明:通过优化外围... 详细信息

针对波浪作用下海上浮式建筑物的波漂移力问题,考虑在海上建筑物周围合理地布设小型浮体群以降低海上建筑物的波漂移力。本文基于波浪交互理论和高阶边界元方法,建立了分析三维多浮体间群遮效应的数值模型。计算结果表明:通过优化外围浮体的尺寸可以降低海上建筑物的波漂移力;本数值模型计入了浮体间的波浪相互干涉作用,对群遮效应的预报更加准确和接近工程实际问题。随着入射波频率的不同,发生群遮效应所对应的外围浮体尺寸不同;群遮效应不仅可以降低所需防护海上建筑物的波漂移力,也可以降低整个浮体群的波漂移力。

关键词：群遮效应多浮体波浪交互理论高阶边界元方法波浪干涉波漂移力