【摘 要】
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我国南海海域受西太平洋热带气旋和台风影响频率很高,台风过后的海域波浪大多为双峰谱波浪,对海洋浮式结构物的安全有潜在的威胁。本文通过数值模拟方法进行了浮式结构物在双峰谱波浪、单峰谱波浪作用下运动响应的对比研究,分析了双峰谱波浪对浮式结构物作用相比于常规单峰谱波浪的潜在危害程度,为我国南海海域海洋工程装备设计提供参考。首先,基于STAR-CCM+建立了波浪数值水槽,进行了网格无关性验证和时间步长无关性
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我国南海海域受西太平洋热带气旋和台风影响频率很高,台风过后的海域波浪大多为双峰谱波浪,对海洋浮式结构物的安全有潜在的威胁。本文通过数值模拟方法进行了浮式结构物在双峰谱波浪、单峰谱波浪作用下运动响应的对比研究,分析了双峰谱波浪对浮式结构物作用相比于常规单峰谱波浪的潜在危害程度,为我国南海海域海洋工程装备设计提供参考。首先,基于STAR-CCM+建立了波浪数值水槽,进行了网格无关性验证和时间步长无关性验证,分别采用边界速度入口法和推板造波法生成了规则波,数值计算结果与理论值吻合良好。采用Ochi-Hubble提出的六参数谱模型进行了三种典型双峰谱波浪的数值生成,将数值模拟谱与目标谱进行对比验证,吻合良好。其次,建立了二维浮体在波浪作用下运动响应的数值计算模型,计算了浮箱在规则波作用下的运动响应,并与文献中试验结果进行验证,二者吻合良好。计算了三个不同低频谱峰周期(每个周期风浪为主、风涌相当、涌浪为主三种类型)的双峰谱波浪作用下二维浮体的运动响应,与总能量相同的单峰JONSWAP谱波浪(风浪和涌浪)进行了对比分析,结果表明:对于该二维浮体的横摇运动,在风浪为主的波浪作用时,浮体横摇运动幅值最大,约是单纯涌浪作用时的1.19~1.44倍,约是单纯风浪作用时的1.25~1.91倍;对于该浮体的横荡和垂荡运动,涌浪的运动极值最大,风浪的运动极值最小,三种类型的双峰谱的运动极值均处于二者之间。最后,基于AQWA水动力计算软件对某系泊半潜式平台进行了频域和时域分析,与文献试验结果对比,验证了计算模型的可靠性。研究了不同能量比例(风浪为主、风涌相当、涌浪为主)和不同谱峰周期的双峰谱波浪作用下平台的运动响应和系泊缆张力变化,与总能量相同的的单纯的风浪(短周期不规则波浪)和单纯的涌浪(长周期不规则波浪)分别进行对比研究,结果表明:对于该半潜式平台,在纵荡运动、纵摇运动以及系泊缆最大张力方面,均出现了双峰谱波浪大于单峰风浪和单峰涌浪的情况。其中纵荡运动幅值最高可达涌浪的3.78倍,纵摇运动幅度最高可达涌浪的1.85倍,系泊缆最大张力值最大可达涌浪作用下的1.44倍。纵荡运动幅值最高可达风浪的1.17倍,纵摇运动幅度最大为风浪的1.09,系泊缆最大张力值最大可达风浪作用下的1.12倍。
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