21世纪以来,党中央、国务院提出了“逐步把我国建设成为海洋经济强国”的宏伟目标。1 8大提出的海洋强国战略将海洋开发和水上交通视为重要发展方向。随着海洋浮式结构的深入研究,张紧式锚泊浮式结构在海洋工程及交通工程领域的应用越来越广泛,如张力腿平台、浮桥和悬浮隧道等。张紧式锚泊结构相比于悬链式锚泊结构能够更好的限制位移并占用更少的布链空间,但是锚泊力相对较大,对结构的耐久性有较高要求。近30多年来,国内外的学者针对张紧式锚泊结构的水动力性能进行了大量的研究。这些研究通过经验公式、物理模型试验和数值模拟等方法,在揭示波浪对张紧式锚泊浮式结构的水动力特性及其相互作用机制方面取得了丰硕的成果。然而,在波浪与浮式结构的相互作用过程中,常存在结构的剧烈运动和自由液面的大变形情况,而基于势流理论的数值模拟方法无法解决涡流耗散问题,因此流场模拟效果欠佳,在模拟结果上与试验结果存在一定差异。而基于粘性流理论的数值模拟方法能够较好的解决涡流耗散问题,为进一步研究张紧式浮式结构的水动力特性,本文以张紧式锚泊单浮箱为研究对象,通过物理模型试验和基于粘性流理论的数值模拟方法,对单浮箱的表面动水压力、锚链拉力和单浮箱透射系数进行了研究,详细分析了锚链倾角、预张力和波要素对其影响规律,并结合数值模型中的流场结构探究了动水压力、锚链拉力和透射系数之间的关联。本论文以张紧式锚泊的单浮箱为研究对象,对其动水压力、锚链拉力和透射系数进行了研究,研究工作主要包括以下几部分内容:(1)张紧式锚泊单浮箱的物理模型试验:模拟了在规则波作用下34个工况的水动力特性和锚链力响应。物理模型试验在二维波浪水槽中进行,通过改变锚链倾角、锚链预张力和波高、周期等波要素来模拟不同因素对单浮箱的动水压力、锚链拉力、透射系数和运动响应情况的影响规律。(2)数值模型从锚链倾角和预张力方面,对物理模型试验未模拟的工况进行补充。本文的数值模拟建立在粘性流理论的基础上,锚链视为具有一定刚度的弹簧,根据胡克定律描述其应力应变关系,采用刚体运动方程描述浮箱的运动。结果表明该数值模型能够较好的模拟物理模型试验。(3)根据试验和数值模拟结果,对张紧式锚泊单浮箱水动力特性进行分析。锚链倾角和预张力是影响运动响应和透射波浪透射系数的主要因素。对于单浮箱迎浪面动水压力,随着锚链与竖直方向夹角的增加,动水压力整体上呈现先增加后减小最后增加的趋势,在倾角约30°时的动水压力最大;动水压力随着锚链预张力的增加而增加,并且预张力对动水压力的影响大于波高和周期对动水压力的影响;此外,水位对动水压力也有影响。对于锚链拉力,随着锚链倾角或预张力的增加,拉力整体上表现出增加的趋势,其中锚链倾角对拉力的主要影响发生在小于30°时的工况,而预张力对拉力的主要影响则发生在预张力较大时的工况;此外,迎浪面锚链拉力更易受倾角和预张力的影响。在浮箱的透射性能方面,锚链倾角和预张力的增加均对防浪性能有较好的效果,即透射系数随倾角和预张力的增加而减小,当锚链倾角介于30°至45°时透射系数的减小趋势明显,并且锚链倾角对透射系数的影响比预张力的影响更大。(4)流场特性分析:本文所建立的数值模型结果经过试验结果的验证,并结合物理模型试验对不同影响因素下(锚链倾角、预张力和波浪条件)的张紧式锚泊单浮箱的水动力特性进行了研究,分析了单浮箱表面动水压力、锚链拉力、透射系数和流场结构的变化规律以及之间的关联,可为张紧式锚泊浮式结构的稳定性和耐久性提供设计参考依据。