考虑流固耦合影响的桩基波浪力简化计算方法

离岸深水全直桩码头,由于其桩基的自由高度大、柔度增加、自振周期长,且位于无掩护开敞海域,波浪与结构相互作用问题突出。如何考虑流固耦合作用对桩上波浪力的影响,并建立便于工程应用的计算方法,是工程实践提出的亟待解决的课题。文中利用有限元软件ADINA建立了水体和桩基结构相互作用的三维有限元数值模型,并采用有限元数值模型对考虑流固耦合影响的改进Morison波浪力计算公式进行了验证。采用改进Morison波浪力计算公式研究了流固耦合对桩身波浪力的影响,并给出了考虑流固耦合影响的波浪力放大系数图表。在此基础上,提出了考虑流固耦合影响的波浪力简化计算方法。     

水介质对船冰碰撞结构响应的影响

以极地运输船舶艏部作为研究对象,建立基于流固耦合算法的船-水-冰耦合技术对三维船艏与冰体碰撞的结构响应问题进行了研究,结合非线性有限元软件LS-DYNA对比分析了考虑流固耦合(即有水介质)的船-水-冰碰撞模型和不考虑流固耦合(即无水介质)的船-冰碰撞模型与同质量不同速度的冰体发生碰撞下的结构响应问题,揭示了不同碰撞工况下船舶在损伤变形、碰撞力、速度等方面的变化特征及差异,同时阐述了水介质在船冰碰撞中的作用,可以为极地运输船舶的抗冲击结构设计提供参考。     

波浪作用下考虑桩土相互作用的桩柱响应*

以一离岸深水桩柱为例,依据JTJ 2132—1998《海港水文规范》的环境条件和环境荷载规范,对桩柱进行有限元离散。在海洋深水环境条件下考虑流固耦合效应,计算了在海洋极端规则波以及不规则波条件下桩柱的运动响应;为了进一步研究分析泥面以下土体对桩柱运动响应的影响,对比分析了在考虑桩土耦合相互作用下桩柱的响应与基岩面固结解下的响应;考虑到海洋地基为两相饱和土介质,对比了在不同简化阻抗处理下的运动响应结果。结果表明,桩土耦合相互作用对于波浪尤其是不规则波作用下的桩柱响应有很大影响,简化阻抗下的运动响应相比两相饱和地基阻抗处理论误差在10%左右,考虑桩土耦合效应对于工程设计具有指导意义和实用价值。     

轻型码头结构疲劳可靠性分析*

采用随机波浪谱和Miner线性疲劳累积损伤原理对轻型码头结构在波浪荷载和船舶撞击荷载共同作用下的疲劳可靠性进行研究。根据轻型码头结构变形大的特点,计算船舶撞击力时考虑了结构刚度对撞击力的影响,波浪荷载使用Morison方程计算,并以Airy波浪理论计算水质点速度。结果表明:波浪荷载和船舶撞击力对轻型码头结构的疲劳寿命均产生一定的影响,在进行疲劳可靠性分析时应考虑两种荷载的共同作用。     

恶劣海况下船舶砰击颤振响应特性数值计算与试验研究

[目的]针对恶劣海况下船舶所受砰击颤振响应现象,探究船舶非线性波浪载荷与瞬态高幅值砰击载荷的耦合作用。[方法]采用计算流体动力学与有限元方法（CFD-FEM）相结合的双向流固耦合方法对S175集装箱船进行数值仿真计算,并与试验结果及切片理论计算结果进行对比验证;采用分段变截面弹性龙骨梁模型开展船舶的砰击颤振特性模型试验,基于CFD-FEM双向流固耦合方法开展船艏砰击载荷及高频非线性砰击颤振响应特性分析,并与模型试验结果进行对比验证。[结果]结果显示,波浪砰击载荷对船艏颤振响应的影响不可忽视,6级海况下由砰击颤振诱发的二阶高频成分分量占低频波浪弯矩的59.86%。[结论]采用基于CFD-FEM的双向流固耦合方法可准确计算船首砰击颤振响应;在高海况下船舶所受非线性波浪载荷及结构动态响应易受船首瞬态砰击载荷的影响,在船舶结构设计与安全评估中需考虑高频砰击颤振的情况。     

近海结构任意倾斜桩腿的非线性波浪载荷计算

用Stokes非线性波浪理论计算速度与加速度,采用Morison公式求得任意倾斜柱体的波浪载荷,讨论了如何求小参数与波长、杆件的浸水长度等问题,编写的程序可以按照足够小的时间间隔t=2π/40计算出任意时刻构件或整体结构的波浪载荷,进而求得结构的最大波浪载荷可用于结构设计。     

基于数值波浪水池的柔性浸没短板流固耦合研究

浸没于水中的柔性板壳可作为水下防波堤、波浪能装置等海洋工程结构的简化模型。论文基于Stokes五阶波浪和人工阻尼消波理论对软件ANSYS Fluent进行二次开发，在构建的数值波浪水池中，对柔性浸没短板的有限元结构模型进行双向流固耦合计算。改变板壳结构刚度、沉没深度等参数，分析短板的水弹性振动和波浪的透射系数。仿真结果表明，短板在特定的板壳结构刚度和沉没深度下会发生共振，并能有效反射波浪。搭建的双向流固耦合计算平台能对复杂的流固耦合现象准确地仿真，为研究柔性浸没短板与波浪相互作用提供可靠的工具。     

基于脉冲响应函数法计算小尺度圆柱上的不规则波浪力

通过对波动传递函数的逆傅里叶变换建立脉冲响应函数的解析表达式,在仅已知不规则波波面过程线的情况下,利用脉冲响应函数与已知波面序列的卷积求得不规则波的速度场,并计算不规则波浪序列引起的水质点速度、加速度。通过与线性波浪叠加法的对比验证了方法的正确性,并应用Morison方程计算小尺度圆柱上的不规则波浪力。对不规则波浪力进行频谱分析得到:在非线性较弱时,脉冲响应法求得的波浪力谱与线性谱分析法的波浪力谱较为接近。随着波浪非线性的增强,脉冲响应法求得的速度力谱与线性谱分析法相比峰值不断增大,在低频和高频处能量增多,在主要能量区的谱宽也不断增加,而惯性力谱与线性谱分析方法结果基本相同。     

柔性连接装置约束下的相邻浮体频域响应分析

许多海上工程作业会涉及两个或多个浮体相邻作业,如海洋平台组块双船浮托安装等。在波浪作用下,相邻多浮体会发生水动力干扰现象,在特定条件下引起强烈的间隙共振,产生的巨大波浪力会对浮体造成破坏。相邻多浮体之间往往会存在柔性连接,需要考虑多浮体水动力干扰及柔性连接构件的约束力对浮体运动响应的耦合作用,以及约束力本身对刚性或柔性连接构件的影响。因此,需要建立多浮体耦合的水动力—结构动力模型研究相互连接的海上浮式结构在复杂环境载荷下的动力响应。文中以双船浮托安装作业为背景,开发了耦合的水动力—结构动力模型分析平台组块在双船拖运过程中的复杂动力响应。通过结合动态子结构法和静凝聚法,考虑连接构件的柔度,将连接构件的质量和刚度凝聚到构件与双船的连接点处。结合多浮体频域水动力分析,研究了双船在柔性构件约束下和复杂水动力干扰共同作用下的运动响应。     

带阻尼板结构的圆筒型平台波浪载荷预报分析

运用三维势流理论和Morison公式相结合的数值计算方法分析筒型平台的运动响应和波浪载荷特点,采用Morison公式计算平台舭部阻尼板结构的波浪力;对于大尺度结构,波浪载荷采用线性绕射理论进行计算,分析表明,该圆筒型海洋平台的波浪力和运动响应计算结果可直接用于结构设计.