超大型浮式結(jié)構(gòu)物水彈性響應(yīng)預(yù)報(bào)方法的比較研究.pdf

1、超大型浮式結(jié)構(gòu)物（Very Large Floating Structure，簡(jiǎn)稱(chēng)VLFS）是指那些尺度以公里計(jì)的浮式結(jié)構(gòu)物，以區(qū)別于目前以百米計(jì)的船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物。由于具有自身拼裝移動(dòng)方便、不受水深限制、對(duì)地震敏感度低、對(duì)環(huán)境破壞小和經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，超大型浮式結(jié)構(gòu)物的工程概念逐漸被人們所熟悉，并用來(lái)建設(shè)海上機(jī)場(chǎng)、海上城市、海上發(fā)電廠、海上娛樂(lè)設(shè)施、海上儲(chǔ)備基地和海上軍事基地等。眾所周知，21世紀(jì)人類(lèi)將全面步入海洋經(jīng)濟(jì)時(shí)代，因此基于

2、對(duì)自然、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、工業(yè)以及軍事等方面的發(fā)展要求，國(guó)際海洋工程界從八十年代后期掀起了研究超大型浮式結(jié)構(gòu)物的熱潮。 超大型浮式結(jié)構(gòu)物的出現(xiàn)，對(duì)現(xiàn)有的分析設(shè)計(jì)技術(shù)和加工建造技術(shù)都提出了挑戰(zhàn)，所以要將其應(yīng)用于工程實(shí)際，仍需要解決很多關(guān)鍵性的技術(shù)問(wèn)題。其中，超大型浮式結(jié)構(gòu)物在波浪中的水彈性響應(yīng)就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題。與一般的海洋工程結(jié)構(gòu)物相比，超大型浮式結(jié)構(gòu)物的水平尺度與高度的比值非常大，是一個(gè)極為扁平的柔性結(jié)構(gòu)物，

3、必須要考慮結(jié)構(gòu)與流體之間相互耦合作用。因此，在計(jì)算流體載荷時(shí)不能忽略彈性變形的影響，這使得基于剛體運(yùn)動(dòng)假設(shè)的傳統(tǒng)水動(dòng)力學(xué)理論不再適用于超大型浮式結(jié)構(gòu)物水彈性響應(yīng)的研究，而需要采用六十年代末期發(fā)展起來(lái)的水彈性理論加以解決。 在分析超大型浮式結(jié)構(gòu)物水彈性響應(yīng)的眾多方法中，最嚴(yán)密可靠的方法無(wú)疑是三維水彈性理論。但是這種方法的復(fù)雜性和耗時(shí)性使其不太適用于VLFS的初步設(shè)計(jì)階段。因此，探索計(jì)算效率高、能基本 反映超大型浮式結(jié)構(gòu)物

4、水彈性響應(yīng)規(guī)律的簡(jiǎn)化計(jì)算方法是目前許多學(xué)者努力的方向。 本文作為國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)：50039010）和上海市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人資助項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)：00XD14015）“超大型浮式結(jié)構(gòu)物的動(dòng)力特性研究”的一部分，在課題組前期科研工作的基礎(chǔ)上，分析比較了用來(lái)預(yù)報(bào)超大型浮式結(jié)構(gòu)物水彈性響應(yīng)的多種簡(jiǎn)化方法。在這些簡(jiǎn)化方法的理論描述中，流體運(yùn)動(dòng)的控制方程和邊界條件幾乎是一致的；但在結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)方面，箱式超大型浮式結(jié)構(gòu)物被簡(jiǎn)化

5、為薄板模型和彈性地基梁模型。其中，基于薄板模型的簡(jiǎn)化方法包括：線性波方法、模態(tài)函數(shù)展開(kāi)法、特征函數(shù)展開(kāi)法、平板格林函數(shù)法、改進(jìn)的平板格林函數(shù)法、直接壓力法和改進(jìn)的Ohkusu方法；而基于彈性地基梁模型的簡(jiǎn)化方法有Tsubogo’s BOEF方法、Sahoo’s BOEF方法和Accurate BOEF 方法。 本文采用部分已有或自行開(kāi)發(fā)的Fortran程序來(lái)計(jì)算超大型浮式結(jié)構(gòu)物的水彈性響應(yīng)，便于分析，所有的Fortran計(jì)算程序