基于海浪谱的波浪数值模拟与导管架平台结构波浪力计算

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1、摘要摘要波浪荷载是海洋平台结构遭受的主要控制环境荷载之一，它直接关系到海洋平台的选型、设计、施工，还涉及到平台的稳定性、动力分析等方面。海上实际测量对波浪研究来说是必不可缺的，然而由于现场条件的复杂性和严峻性，海上测量不仅费用昂贵且不易测得系统和精确的数据。随着计算机的发展，通过数值的方法模拟波浪成为研究波浪的重要手段之一。如何建立合理的波浪模拟模式并将其应用于波浪—海洋平台结构相互作用研究中一直是近年来的前沿课题之一。本文围绕波浪的数值模拟和波浪与海洋平台结构相互作用进行了以下研究：1.通过自编的改进自适应遗传算法程序求解了微幅波、二阶Stokes波浪理论的非线性

2、波长方程，并计算了三阶Stokes波浪理论和五阶Stokes波浪理论非线性波长方程组；此外还通过该程序得出了流函数理论的最佳波剖面参数和最佳速度参数。2.介绍了二维波浪数值模拟的物理模型；以P-M谱为靶谱，成功实现了二维波浪的数值模拟，并讨论了采样时间间隔、采样空间间隔、样本容量、随机初相位和组成波个数等模拟参数对波浪模拟效果的影响；又对模拟波浪进行了统计检验、自相关检验、波高分布检验和功率谱检验；还讨论了模拟数据时间长度对模拟实现谱质量的影响。3.介绍了基于波浪方向谱的波浪数值模拟的一般方法；提出了快速模拟三维波浪算法，通过数值实验对比，快速算法大大提高了模拟效率

3、。4.介绍了三个畸形波现场观测实验，并对基于波浪频谱的畸形波数值模拟方法进行了讨论，得出了畸形波出现概率与有效波高及人工调制波成分比例之间的关系曲线。5.采用有限元软件ANSYS分析了导管架平台结构在波浪荷载作用下的静、动力响应，讨论了基于ANSYS进行随机波浪力分析存在的不足，采用MATLAB软件编制了可与ANSYS相结合的波浪力计算前处理程序，从而解决了采用ANSYS直接进行随机波浪力分析的不足。关键词改进自适应遗传算法；Stokes波浪理论；波浪数值模拟；畸形波数值模拟；波浪力分析-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWaveloadisoneo

4、fcontrollingenvironmentalloadforoffshoreplatformstructure.Itisdirectlyrelatedtotheplatformmodelselection,designandconstruction.Besides,italsohasrelationtotheplatformstability,dynamicresponse.Soseatestisindispensable.However,fieldconditionisoftentoocomplexortoughtoobtainaccuratedata.Ina

5、ddition,thecostissoexpensive.Withthedevelopmentofcomputer,itbecomesanimportantmethodtostudywaveusingnumericalapproach.Anditbecomesafrontiertopictoestablishareasonablewavesimulationmodelandputitintothestudyonwave-platforminteractionintherecentyears.Inthispaper,relativeproblemsforwavesim

6、ulationandwave-platforminteractionarestudied.Themainpointsareasfollows:1.ThenonlinearwavelengthequationofAiryWaveTheoryandTwo-orderStokesWaveTheorywassolvedbyimprovedadaptivegeneticalgorithmprocedure.ThenthenonlinearwavelengthequationsofThree-orderStokesWaveTheoryandFive-orderStokesWav

7、eTheorywerecalculatedbythisprogram.Besides,thewaveprofileparametersandvelocityparameterswereobtainedusingthisprogram.2.Thephysicalmodelforwavesimulationwasintroduced，andtwo-dimensionalwavesimulationprocedurewasmade.Throughthisprocedure,sixparametersforwavesimulationwerediscussed.Andt