海上多浮体群遮效应及其波漂移力的研究

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随着海洋开发不断向深远海延伸,海洋浮式工程装备大型化、复杂化的趋势愈加鲜明,它们往往由很多复杂的子结构构成。在海洋工程装备面临的环境载荷中,波漂移力等波浪载荷通常会对海洋浮式结构物的安全性和正常作业产生重要影响。由于结构的复杂性,海上多浮体之间波浪干涉的准确预报是当前海洋浮式结构物水动力计算的重要课题。本文在考虑多浮体间相互影响的基础上,对波浪作用下的海上多浮体的群遮效应及其波漂移力进行了系统地研究。在海上多浮体群遮效应及其波漂移力的研究中,首先,基于波浪交互理论和高阶边界元方法建立了多浮体水动力计算数值模型;其次,通过与其他数值方法的对比分析,验证了本数值模型准确性;然后利用该数值模型分析了海上多浮体在不同布置情况下的波漂移力。通过与孤立浮体波漂移力的对比,探究了浮体间波浪干涉对浮体波漂移力的影响,并分析了不同浮体间距和不同入射波频率下入射波方向对浮体波漂移力的影响;此外,探究了某一波频率下海上多浮体间的群遮效应对浮体波漂移力的低减作用,分析了群遮效应对浮体波漂移力低减作用的机理,研究了浮体尺寸参数和布置情况对浮体波漂移力的影响。在验证了群遮效应对浮体波漂移力低减作用的基础上,为了扩大群遮效应适用的波频率范围,本文基于遗传算法建立了多参数优化模型。首先,将该优化模型应用到简单函数的优化问题中,并对算法的收敛性进行了分析验证。然后将该数值优化模型应用到了浮体群散射能量和浮体波漂移力的优化问题中。利用建立的多浮体水动力数值分析模型,本文对浮体间的波浪干涉,特别是浮体间的群遮效应及其波漂移力进行了深入地分析。研究发现,浮体间的波浪干涉对浮体波漂移力的影响不可以忽略,入射波方向也对浮体波漂移力产生了重要的影响。验证了浮体间的群遮效应对浮体波漂移力的低减作用,计算结果表明群遮效应对浮体波漂移力的低减作用是由浮体群布置的对称性引起的。在研究浮体尺寸参数和布置方式对多浮体波漂移力的影响时发现了一种可以有效减小浮体波漂移力的准群遮效应。利用建立的遗传算法数学模型对多浮体的散射波能量和波漂移力进行了优化,扩大了群遮效应在不同入射波频率的适用范围。
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