深海浮式结构物内孤立波载荷及其动力响应特性的研究

《深海浮式结构物内孤立波载荷及其动力响应特性的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、申请上海交通大学博士学位论文深海浮式结构物内孤立波载荷及其动力响应特性研究专业：船舶与海洋结构物设计制造博士生：黄文昊导师：尤云祥教授上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院2013年10月万方数据Ph.D.DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityTheInvestigationonLoadandDynamicResponseCharacteristicsofDeep-seaFloatingStructuresinInternalSolitaryWavesSpecialty:Designan

2、dManufacturingofNavalArchitectureandOceanStructureAuthor:HuangWenhaoAdvisor:Prof.YouYunxiangSchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineeringShanghaiJiaoTongUniversity,ChinaOctober,2013万方数据万方数据万方数据上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允

3、许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均

4、已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日万方数据摘要深海浮式结构物内孤立波载荷及其动力响应特性研究摘要我国南海深海海域油气资源储量丰富，加大其勘探开发力度能有效地缓解我国正面临的能源危机。深海浮式平台（包括Spar平台、半潜式平台和张力腿平台等）作为一类基础性的海洋工程设施，在南海深海油气开发工程中扮演着极其重要的角色。大量海上遥感观测结果已经表明，南海内孤立波活动频繁而且分布范围广泛，对海洋结构物的安全性会产生严重影响，在南海海域的能源开采工程中，其危害性仅次于台风。因此，内孤立波将是

5、南海海洋工程中需要考虑的环境因素之一。然而，有关这种特殊海洋环境对深海浮式平台可能会造成的危害机理等问题迄今尚不清楚。有鉴于此，本文在回顾和总结了目前国内外研究现状的基础上，采用实验、理论和数值相结合的方法，对Spar、半潜和张力腿平台这三类深海浮式结构物在内孤立波环境中的载荷及其动力响应特性问题开展了相关研究工作。具体内容如下：在第二章中，利用大尺度密度分层水槽，采用将两块与水槽等宽的推板反向平推的方法，发展了一种新的实验室造波技术，实现了内孤立波的振幅可控。在此基础上，开展系列实验，研究了KdV、eKdV、mKdV和MCC这四类两层流体内

6、孤立波理论模型的适用性问题。结果表明，对以水深为基准定义的非线性参数ε和色散参数μ，存在一个临界色散参数μ，当μμ<时，KdV理论适用于ε≤μ的情况，eKdV00理论适用于μ<≤εμ的情况，而MCC理论适用于ε>μ的情况，而且当μμ≥时MCC理论也是适用的。结果进一步表明，当上下层流0体深度比并不接近其临界值时，mKdV理论主要适用于内孤立波振幅i万方数据摘要接近其理论极限振幅的情况，但这时MCC理论同样适用。在第三章中，基于两层流体中内孤立波KdV、eKdV和MCC理论的适用性条件，建立了Spar、半潜和张力腿三类深海浮式平台内孤立波载荷理

7、论模型。研究表明，这三类深海浮式平台的内孤立波水平力包括水平Froude-Krylov力、惯性力和拖曳力三个部分，而内孤立波垂向力主要为垂向Froude-Krylov力。对惯性力和拖曳力可以由Morison公式进行计算，而对Froude-Krylov力则可以用内孤立波诱导的动压力进行计算。在大型重力式密度分层水槽中，对内孤立波作用下这三类深海浮式平台的载荷特性开展了系列实验，结合相关实验结果，针对Morison公式中两个经验系数在内孤立波环境下的取值建立了相关计算方法，研究并分析了三类深海浮式平台的内孤立波载荷特性及其变化规律。在第四章中，将

8、所建立的内孤立波载荷理论模型与Spar、半潜和张力腿三类深海浮式平台浮体的非线性运动方程及其系泊动力学模型进行耦合，建立了内孤立波与Spar、半潜和张力腿三类深海浮