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波流联合作用下海洋立管载荷与响应分析
| 论文题名： | 波流联合作用下海洋立管载荷与响应分析 |
| 关键词： | 海洋立管;波流联合作用;载荷响应;流固耦合 |
| 摘要： | 随着深海资源开发领域的不断拓展，海洋立管等结构物在波流等外载荷下的运动响应问题越来越受到人们的关注。本文在较为全面地回顾和总结了国内外数值水池和海洋立管载荷响应研究方法和最新进展的基础上，基于时域方法和粘流理论，以不可压缩流体连续方程、N-S方程和结构动力学方程为基本控制方程，借助商用软件平台Ansys Workbench14.5，构建了粘性数值水池，针对海洋立管的载荷响应问题开展了以下研究工作并得到了相应结论： (1)基于商用软件FLUENT14.5，结合软件自定义函数(UDF)功能，采用速度边界造波法和阻尼消波技术，通过VOF追踪自由液面，建立了精度良好的二维和三维数值波浪、波流数值水池。分析了不同波流参数联合作用下数值水池的波浪参数变化，得到了波流同向时，波长变长，波幅减小；波流相向时，波长变小，波幅增加的结论。 (2)在完成数值水池构造的基础上，建立了刚性海洋立管模型，对其在波流共同作用下所受载荷进行了仿真模拟。通过表面压力和水平的作用力的分析，发现立管在波流同向中受力增加，且水平作用力系数增大；波流相向时，立管表面压力减小，水平作用力系数降低。 (3)采用双向耦合分离法思想，通过流固耦合模块System Coupling将流域和结构域计算数据交互传递，对长径比为8的柔性立管在数值水池中的运动响应进行了双向流固耦合模拟。结果分析表明，相对单独波浪场中，立管在波流数值水池中迎浪向振动平衡位置偏向水流方向，横浪向振幅显著增大，轴向振动变化不大。同时通过文献对比和水平作用力系数的分析验证了所用方法进行流固耦合模拟的可行性。 (4)数值模拟了长径比为103的柔性立管在数值水池中的运动响应。模拟结果表明波流作用对大长径比的作用效果更为显著，迎浪向振动平衡位置较单独波浪场中向水流方向偏移，横浪向出现明显往复振动。波流同向时，立管运动振幅增大，整体受力下移；波流相向时，振幅减小，整体受力上移。 |
| 作者： | 吴梓鑫 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 朱仁庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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