对于海洋工程,特别是向深海发展的过程中,常出现突发性大波浪损坏海洋结构的情况。许多研究人员关注畸形波对海洋结构的作用。近年来,国外学者对畸形波作用下对半潜平台、FPSO等海洋结构物运动响应进行了研究,通过模型试验和基于时域仿真法的势流理论,得到畸形波作用下平台的运动响应。在汉堡,德国科技大学基于雷诺兹mocta研究团队,采用平均Navier-斯托克斯方程的方法,建立了畸形波在平台上的爬高和冲击相关的波浪力等问题的两相流模型,考虑波浪破碎和水气的干扰等问题,而没有考虑结构物的响应问题。曼彻斯特,英格兰大学明汉姆研究组基于两相流模型求解N-S方程的方法,进行漂浮式波浪能发电装置的畸形波作用下的响应研究,重点对不同类型的浮子单自由度响应问题做了研究,但没有研究内部流场特性和多自由度问题。

目前国内研究者主要关注的是模拟和形成畸形波。对畸形波作用下海洋结构物的运动和结构响应研究则较少。国外研究人员也开始重视并加快了关于这一块的研究,很多热点问题亟需深入解决。

2。畸形波与结构物相互作用研究综述目前,所有的海洋作业都离不开海洋工程设备的支持,而辅助设备的移动将限制海洋作业,如何准确预测海洋工程浮体在极端波浪载荷和响应,以保证海上作业的安全性变得尤为重要。

在研究畸形波与浮式结构物相互作用时,有两种方法:频域分析法和时域分析法。频率分析法通常用于在动力方程中的系数是线性或准线性形式,得到的频率响应函数,特别是在长期预测的响应在工程领域中的浮动结构动态分析。但其中一个缺点是它通常只适用于周期性稳态问题,非恒定和瞬态或强非线性问题是很难解决的,因此不能得到结构强运动响应的非线性效应。时域分析方法具有很大的自由度,这使得它通过求解动力方程的方法,包括在系统中所有的非线性项,如非线性水动力阻力,非线性系泊力和非线性粘度能够处理的问题,在完全非线性波的对象的任意运动的问题。

如今,人们加快了对海洋资源的开发的脚步,然而由于恶劣的海洋气候条件,一些强非线性的波浪载荷导致储油罐和浮式海洋平台结构发生断裂事故的频繁发生,需要找到方法解决。本章采用时域分析法,在二维粘性数值波浪水槽中聚研究焦点波与浮体之间的相互作用,在海上浮体设计阶段预测非线性波浪载荷和响应是更有效的方法。

目前,畸形波和海洋结构物的相互作用大致包括(1)物理模型实验(2)势流理论(3)根据粘性理论计算流体力学。

由于势流理论并不常用且本文也未涉及,这里不再做赘述。目前,科研工作者的研究重心是物理模型试验和计算流体力学。这2种方法主要是基于聚焦波理论:在物理池或数值波浪水槽中会有一系列简单的波,而通过在特定位置的调制,会形成一个突出的波的高度,最终,该位置的畸形波和结构的相互作用将作为重点来研究。

Clauss(2007)[20]运用波形的优化方法,在池中产生满足预设的参数,该参数包含畸形波在遇到不同位置的FPSO时的运动响应和弯矩。因此,在结构强度设计时,有必要考虑畸形波的影响。肖鑫(2008)[21]在畸形波对张力腿平台的作用方面取得了进展如通过新波理论模拟出了极限入射波浪模型,在Cummins

(1962)[22]理论的基础上提出了了从频域到时域变换的理论方法,得到最终的波浪力。在时域中,对张力腿平台的动态响应进行了理论分析和数值仿真研究。ShivaajiGanesanT。&DebabrataSen(2015)[23]研究了系泊浮式结构在畸形波浪中的运动响应。

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