半潜式平台气隙响应的计算研究

论文摘要

目前,随机波浪作用下半潜式平台的气隙响应受到了广泛关注。半潜式平台是浮式海洋结构物,在海洋环境荷载的作用下会发生运动,并且由于自身体积很大,导致波浪辐射与绕射运动的产生以及结构物同波系的相互作用。因此所谓气隙响应是针对在波浪作用下气隙对于平台运动的影响,是有关波浪、平台、气隙在入射波浪激励下的耦合运动的计算研究。首先应用边界元数值方法,计算得到半潜式平台在波浪中六自由度运动响应函数,并根据线性变换原理计算得到给定海况下平台的运动谱函数,进一步采用频时分析给出平台运动的时间序列。其次应用相关的模型试验数据,对平台和气隙在时域中的响应进行了分析。为此引入了三个理论模型,其一为典型的线性绕射模型,考虑了入射波的一阶与二阶效应以及绕射波的一阶效应。其二为考虑波浪的一阶入射,并通过与试验数据相结合的方式进行预测。其三为窄带模型理论,并假定一阶与二阶波浪在同一时刻达到极值。本文在波浪研究方面建立了混合模型,考虑了一阶绕射,忽略了二阶绕射,比传统方法更为精确,而且并未增加运算时间。在气隙响应计算中应用了窄带模型理论,其计算结果与试验数据有较好的契合度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 气隙产生的背景
• 1.2 气隙的含义
• 1.3 Veslefrikk B模型试验原理及数据
• 1.3.1 模型试验数据描述
• 1.3.2 气隙释义及模型参数
• 1.3.3 模型试验结果的统计分析
• 1.4 本文的主要内容
• 1.4.1 本文的主要目的
• 1.4.2 本文的研究意义
• 2 波浪理论与海浪描述
• 2.1 波浪的基本概念
• 2.1.1 波浪的生成及分类
• 2.1.2 波浪运动的基本特性
• 2.1.3 波浪理论的基本假设
• 2.2 波浪理论
• 2.2.1 波浪的流体动力基本方程及其边界条件
• 2.2.2 线性波理论（Airy波理论）
• 2.2.3 有限振幅波理论（Stokes波理论）
• 2.3 随机波浪理论及其在工程中的应用
• 2.3.1 随机过程的谱分析
• 2.3.2 不规则波浪要素的统计分布
• 2.3.3 海浪谱及其表达式
• 2.3.4 不规则波浪的模拟
• 2.3.5 波浪的传播与变形
• 2.3.6 输入谱与输出谱之间的关系
• 2.4 算例
• 2.5 本章小结
• 3 基于试验数据的极值估计
• 3.1 回归分析法
• 3.2 基于有序试验数据的分位点方法
• 3.3 基于无序试验数据的分位点方法
• 3.4 算例
• 3.4.1 基于试验数据统计值的气隙响应预测
• 3.4.2 基于目标海况的气隙响应预测
• 3.5 本章小结
• 4 半潜式平台的运动响应
• 4.1 浮体在波浪中的运动理论
• 4.1.1 线性切片理论
• 4.1.2 非线性切片理论
• 4.1.3 统一细长体理论
• 4.1.4 自由面Green函数方法
• 4.1.5 Rankine源方法
• 4.2 运动方程及其求解
• 4.2.1 三维线性势流理论
• 4.2.2 无航速浮体辐射和绕射问题
• 4.3 算例
• 4.4 本章小结
• 5 通过线性绕射理论进行相对位移的分析
• 5.1 气隙理论的计算基础
• 5.2 线性绕射
• 5.3 应用线性绕射理论对观测数据进行分析
• 5.4 以统计矩为基础的理论分析
• 5.4.1 Hermite模型
• 5.4.2 二阶响应矩的估算
• 5.4.3 高斯极值的估算
• 5.5 窄带模型
• 5.6 算例
• 5.6.1 Stokes二阶入射与一阶绕射模型
• 5.6.2 由试验观测值对平台气隙响应进行模拟
• 5.6.3 窄带模型
• 5.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢