波浪作用下悬浮结构水动力特性分析
超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析
超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析超大型浮体是指具有较大排水量和较高自由板露出面积的浮体结构，常用于海洋石油勘探、海洋风能利用等领域。
在海洋环境中，波浪作用是超大型浮体运动最主要的外部载荷之一，波浪载荷会引起超大型浮体的运动与变形，因此对超大型浮体的水弹性响应进行分析非常重要。
超大型浮体在波浪载荷作用下的运动与变形可以通过解析方法和数值模拟方法进行研究。
解析方法通常使用势流理论和边界元方法，可以得到闭式或数值一般解。
解析方法通常只适用于简单几何形状和边界条件的情况，对于复杂的几何形状和边界条件，解析方法的应用受到一定的限制。
数值模拟方法是研究超大型浮体水弹性响应的常用方法之一。
数值模拟方法基于Navier-Stokes方程和结构动力学理论，将超大型浮体和波浪系统建模为耦合的多物理场问题，通过求解方程组得到超大型浮体的运动与变形情况。
数值模拟方法可以考虑复杂的几何形状和边界条件，适用于研究各种不同情况下的超大型浮体水弹性响应。
在数值模拟方法中，常用的方法包括有限元方法、边界元方法和格子Boltzmann方法。
有限元方法是一种广泛应用的方法，可以将模型划分为网格，再通过求解网格节点上的方程组得到模型的运动与变形情况。
边界元方法则是基于格林函数的思想，将模型的表面划分为离散的边界元，再通过求解边界元上的积分方程得到模型的运动与变形情况。
格子Boltzmann方法是一种基于微观粒子运动的方法，通过模拟模型表面的水质点运动，得到模型的运动与变形情况。
超大型浮体的水弹性响应分析主要涉及下列几个方面。
首先是浮体的运动分析，包括浮体的自由面振动和浮体的自由度运动。
自由面振动是浮体在波浪作用下自由表面的变形，可以通过数值模拟得到。
浮体的自由度运动是指浮体在波浪作用下的运动情况，包括自由度、加速度和速度等参数的变化，可以通过求解动力学方程得到。
其次是浮体的变形分析，包括浮体的结构变形和应力分布。
浮体的结构变形是指浮体的构造件在波浪作用下的变形情况，可以通过数值模拟得到。
名词解释水动力特性的例子
名词解释水动力特性的例子水动力特性是指液体在运动中表现出的各种特性和规律。
它是流体力学中的重要概念，对于水流的研究和应用有着重要的指导意义。
下面将通过一些实际例子来解释水动力特性。
例子一：瀑布飞瀑的奇观瀑布飞瀑是水动力特性的一个经典例子。
当水流从悬崖边缘垂直落下时，就形成了壮观的瀑布景象。
在这个过程中，水流经历了加速、自由落体、减速等阶段。
当水流即将离开悬崖时，由于自身的重力作用和空气的阻力，水流逐渐加速，形成一个高速下降的水柱。
这是因为在重力作用下，水分子不断叠加的垂直推力使得水流速度逐渐增大。
然后，当水流自由落下时，水流受到的阻力减小，速度达到最大值。
这时，水柱中的水分子具有较大的动能和冲击力，形成了壮观的飞瀑。
过程中发生的冲击波和喷雾给人们带来了震撼的视觉和听觉效果。
最后，水流在接触到水面或者地面时，受到了反作用力的作用，速度逐渐减小，形成了湍急的水流。
这一过程中，水动能逐渐转化为水面和周围环境的热能，同时还会产生水花溅起、水流分散的现象。
例子二：火车经过桥下时的现象火车通过桥下时也体现了水动力特性。
当火车通过桥下时，桥上的水流会受到火车的影响，产生一系列变化。
首先，当火车经过桥下时，它会产生强大的气流，将桥上的水流吹动。
这会导致桥上的水面呈现起伏的波浪状，形成水波纹。
其次，当火车经过桥下时，由于火车的冲击和风力的作用，会引起桥上水流的剧烈晃动。
这种振动会产生共振现象，导致桥上的水流快速波动，形成类似于地震波的涟漪。
此外，火车通过桥下时还会产生涡旋效应。
由于火车的高速通过和气流的作用，会在桥下产生强大的涡旋。
这些涡旋在水流中形成旋涡状，给人一种旋转的视觉效果。
例子三：风帆运动中的水动力特性风帆运动是一项利用风力推动帆船前进的运动。
在这个过程中，水动力特性的表现体现得尤为明显。
当帆船接受风力推动时，帆与风之间就形成了一个暂时静止的状态。
然而，当帆船开始移动时，水动力特性就开始展现出来了。
首先，当风向帆船斜面吹过时，帆船会产生一个侧向推力。
Workbench中常见振荡浮子的水动力虚拟实验研究
Workbench中常见振荡浮子的水动力虚拟实验研究赵知辛;黄兰;王方成;牛建华【摘要】浮子是振荡波能发电装置的关键部分之一，影响着能级的转化效率。
利用ANSYS有限元软件Hydrodynamic Diffraction模块建立了圆柱型浮子和圆锥型浮子的有限元模型，通过改变其吃水深度，分析Z方向上的激励力，判断其较优尺寸；利用两者优化后模型构建陀螺型浮子有限元模型，并进行水动力分析。
研究利用ANSYS有限元软件Hy-drodynamic Diffraction模块验证了陀螺型浮子的优越性，证实了此模块在水动力分析中的可靠性和为实现振荡波能发电装置的小型化密集化提供了理论依据。
%The float is the key part of the oscillation wave energy power generation device and it influences the transfer effi-ciency of energy level. By the Hydrodynamic Diffraction model of the ANSYS software, this paper builds the finite element model on the cylindrical float and the cone float, and gets the Diffraction and Froude-krylov force on the z direction to deter-mine the better size of common float;then builds the gyro float and does hydrodynamic analysis. This paper uses the Hydrody-namic Diffraction module of the ANSYS software to verify the superiority of the gyro float, and to confirm the reliability of the module in analysis of the Hydrodynamic, it provides a theoretical basis for the miniaturization of oscillation wave energy power generation device.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P88-90,93)【关键词】振荡波能发电;圆锥型浮子;圆柱型浮子;陀螺型浮子【作者】赵知辛;黄兰;王方成;牛建华【作者单位】陕西理工学院，陕西汉中 723000;陕西理工学院，陕西汉中723000;陕西理工学院，陕西汉中 723000;陕西理工学院，陕西汉中 723000【正文语种】中文【中图分类】TM6190 引言占地球表面积71%的海洋蕴藏着巨大的可再生能源，主要包括海洋风能、潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐差能等［1］。
极限波浪作用下半潜式平台水动力特性
极限波浪作用下半潜式平台水动力特性孙雷;罗贤成;姜胜超;刘昌凤【摘要】针对在极限波浪作用下的半潜式海洋平台的水动力特性,采用基于边界元法的AQWA水动力学软件对其进行数值模拟研究.建立某半潜式海洋钻井平台的三维水动力频城分析模型,通过数值计算得到平台的附加质量、辐射阻尼和运动响应;通过Cumins法将频城计算结果转换引入时城分析模块,建立平台的三维水动力时城分析模型,计算平台在工作和自存工况下的时城水动力响应,并将低频响应与波频响应进行对比,同时计算与校核在两种工况下的系泊绳系泊力,并由此优化设计确定平台的系泊系统;采用确定性设计波法确定在不同工况下的设计波,通过接口命令流将波浪载荷映射在平台整体结构上,由此可以得到平台在不同工况下的波浪载荷;给出半潜式海洋平台水动力计算及分析的系统性方法及实例,对半潜式海洋平台初步方案设计具有一定的参考价值.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2018(033)006【总页数】13页(P65-76,84)【关键词】运动响应;系泊系统;设计波;波浪载荷;半潜式海洋平台【作者】孙雷;罗贤成;姜胜超;刘昌凤【作者单位】大连理工大学船舶工程学院,辽宁大连116024;高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;大连理工大学船舶工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学船舶工程学院,辽宁大连116024;高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;大连海洋大学海洋与土木工程学院,辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】U674.380 引言随着海洋平台向深水领域进军，具有相对投资小、工作水深范围广、甲板可变载荷大以及多种工作功能等优点的半潜式海洋钻井平台得到了更广泛的发展。
半潜式海洋钻井平台最大工作水深达到几千米。
平台工作环境较为恶劣，需在极端海况条件下对平台进行精准定位，即需计算平台载荷、运动响应和系泊绳系泊力。
半潜式平台包含立柱、浮筒和横撑等柱状构件。
规则波作用下圆柱形垂荡浮筒水动力行为的数值研究
规则波作用下圆柱形垂荡浮筒水动力行为的数值研究近些年来，水动力学的应用越来越广泛，影响着人们的日常生活和社会发展。
在该领域的研究中，圆柱形垂荡浮筒作为一种浮体特征，被广泛用来模拟建筑物浮筒或导航标记，其垂荡运动对水流间接作用和潮汐作用相关的动力行为是十分关键的。
本文将对一种以规则波作用的圆柱形垂荡浮筒的水动力行为进行数值研究。
首先，文中利用数值模拟的方法，采用基于二维完整Navier-Stokes方程的Reynolds数无尺度流动模型，对圆柱形垂荡浮筒的流场和动力行为进行模拟；其次，基于数值模拟的结果，采用流动特性动量法对浮筒的水动力行为进行研究；最后，文章还结合流场特性和动量法分析，探讨浮筒处于各种不同振荡参数时的水动力行为。
数值研究表明，在规则波作用下，随着振荡参数（垂荡振幅、浪高和入射角）的不同，浮筒的水动力行为也会有所变化。
在低频振荡（垂荡振幅小于0.5m且浪高小于0.015m）的条件下，圆柱形垂荡浮筒的动力行为和潮汐效应被显著降低；当垂荡振幅大于0.5m，浮筒表现出显著的纵向浮动，并且其振荡振幅随垂荡振幅的增加而增大。
当垂荡振幅少于0.5m时，圆柱形垂荡浮筒的浮动和潮汐效应都较弱。
当垂荡振幅大于0.5m时，浮筒的振动和潮汐效应都明显增强，此时正推力和侧向抵抗力也大大增强，从而影响浮筒的运动特性。
入射角的变化也会影响浮筒的水动力性能。
随着入射角的增大，垂荡振幅变大，正推力也随之增强，但随角度的增大，圆柱浮筒的横向抵抗力仍会减小。
另外，本文研究表明，在规则波作用下，随着垂荡振幅的增大，浮筒的抑制力增强，从而抑制了浮筒的垂荡振幅。
在高频振荡（垂荡振幅超过1m）的条件下，浮筒抑制效果越强，浮筒动力行为也越不稳定。
因此，垂荡浮筒的水动力行为受波浪的振荡参数影响很大。
当圆柱形垂荡浮筒处于规则波作用时，波浪的频率和入射角以及垂荡振幅的变化会显著影响浮筒的水动力性能，该研究结果可以为潮汐的浮筒设计提供重要的理论依据。
超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析
超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析本文主要研究超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析。
首先，介绍了超大型浮体结构的基本概念和分类。
然后，分析了波浪对超大型浮体的影响和波浪载荷的计算方法。
最后，分别从水弹性响应和浮体运动两个方面，对超大型浮体的水弹性响应进行了分析和探讨。
一、超大型浮体结构的基本概念和分类超大型浮体是指体积大、尺寸大、载荷大的浮体结构，主要用于油气开采、海上风电等领域。
其特点是体形巨大、结构复杂、施工困难、运维风险高。
根据结构形式，超大型浮体可分为单体式、群体式、半潜式等多种类型。
单体式超大型浮体一般由一种或多种复合材料制成，具有高强度和轻量化特点，结构简单、施工方便。
群体式超大型浮体由多个单体式浮体组成，通过某种方式连接在一起。
半潜式超大型浮体是在浮体底部设置一定深度的固定水平平台，并通过电缆连接到浮体上。
二、波浪对超大型浮体的影响和波浪载荷的计算方法波浪是超大型浮体最主要的外部环境载荷。
波浪可能引起超大型浮体结构的运动、振动和应力等问题，对结构的可靠性、安全性和耐久性产生影响。
因此，在超大型浮体的设计和运动控制中，对波浪的影响进行分析和评估是非常重要的。
波浪载荷是指波浪对超大型浮体所施加的力和力矩。
波浪载荷的计算方法主要有经验公式法、理论方法和数值模拟法等三种。
经验公式法是根据实际海况和大量现场数据，通过拟合经验公式来计算波浪载荷。
这种方法计算简单、速度快，适用范围广。
但由于需要大量的现场数据作为基础，计算结果的可靠性和精度有一定局限性。
理论方法是通过建立数学模型和公式，基于波浪力学理论来计算波浪载荷。
这种方法计算精度高，计算结果可靠性较高。
但由于建立模型、确定参数等工作较为复杂，计算难度和计算时间较大。
数值模拟法是利用计算机对波浪进行数值模拟，通过求解波浪与超大型浮体之间的相互作用，计算波浪载荷。
这种方法模拟精度高、可靠性较高，能够考虑到更多的影响因素。
但由于计算量大，运行时间较长，需要相对高的计算资源。
水动力学在海洋工程中的研究
水动力学在海洋工程中的研究海洋，这片占据了地球表面约 71%的广阔领域，蕴含着无尽的资源和奥秘。
随着人类对海洋探索和开发的不断深入，海洋工程逐渐成为了一个重要的领域。
而水动力学作为研究液体运动规律的学科，在海洋工程中发挥着至关重要的作用。
水动力学主要研究液体在各种力的作用下的流动规律，包括水流的速度、压力、能量传递等方面。
在海洋工程中，这些研究对于设计和优化海洋结构物、保障海洋设施的安全运行以及提高海洋资源的开发效率都具有重要意义。
海洋工程中的海洋平台是典型的应用场景之一。
海洋平台需要长期在恶劣的海洋环境中工作，承受着海浪、海流、风等多种载荷的作用。
通过水动力学的研究，可以准确预测海浪和海流对平台的冲击力和作用方式，从而为平台的结构设计提供可靠的依据。
例如，在设计平台的支柱和基础时，需要考虑水流经过时产生的漩涡和阻力，以确保平台的稳定性。
船舶工程也是海洋工程的重要组成部分。
水动力学在船舶设计中的应用非常广泛。
船舶在水中航行时，会受到水的阻力，阻力的大小直接影响船舶的能耗和航行速度。
通过水动力学的研究，可以优化船舶的外形，减少阻力，提高航行效率。
同时，水动力学还可以帮助研究船舶在波浪中的运动响应，确保船舶在恶劣海况下的安全性和适航性。
在海洋能源开发方面，水动力学同样不可或缺。
例如，潮汐能和波浪能的开发利用就需要深入了解水的运动规律。
潮汐能发电装置的设计需要考虑潮汐水流的速度和变化规律，以确定最佳的安装位置和设备结构。
波浪能发电装置则需要适应波浪的起伏和能量传递特性，通过水动力学的分析来提高能量转换效率。
海底管道和电缆的铺设也是海洋工程中的重要任务。
水动力学可以帮助确定管道和电缆在海流中的受力情况，以及它们在海底的稳定性。
这对于保障管道和电缆的安全运行，避免因水流冲击而导致的损坏或故障至关重要。
此外，水动力学在海洋环境保护方面也具有重要作用。
例如，研究海上溢油的扩散规律，预测污染物在海洋中的传播路径和范围，为应急处理和环境保护措施提供科学依据。
沉管管节浮运过程中波浪附加阻力的水动力学分析
沉管管节浮运过程中波浪附加阻力的水动力学分析吕卫清;应宗权;苏林王;林美鸿【摘要】波浪引起的附加阻力是管节海上浮运过程中总阻力的重要组成.采用基于势流理论的水动力学软件AQWA计算了管节浮运过程中的波浪附加阻力.通过建立管节及附属结构的三维有限元模型,确定管节的几何、物理性质,建立湿表面模型进行水动力学分析.对影响附加阻力的各因素,包括水深、航速、波浪谱及波浪要素等,进行了参数敏感性分析.计算结果表明,采用P-M谱的计算值较采用JONSWAP谱有所不同,附加阻力随水深增加而减小,阻力值与波浪周期及波浪入射角均有一定的关系,与波浪高度的平方成正比,且与拖航速度成正比.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2011(000)011【总页数】5页(P1-5)【关键词】沉管管节;不规则波;附加阻力;浮运;水动力学分析【作者】吕卫清;应宗权;苏林王;林美鸿【作者单位】中交第四航务工程局有限公司,广东广州510230;中交四航工程研究院有限公司,广东广州510230;中交四航工程研究院有限公司,广东广州510230;中交四航工程研究院有限公司,广东广州510230【正文语种】中文【中图分类】U459.5沉管隧道是由若干预制的管节，分别浮运到现场，一个接一个地沉放安装，在水下将其互相连接并正确定位在己经开挖的水下沟槽内，其后辅以相关工程施工，使这些管节组合体成为连接水体两端陆上交通的隧洞型交通运输载体。
从沉管隧道建设的主要施工过程可以看出，管节浮运是沉管隧道水上施工的关键环节之一，因为管节预制干坞和隧道实际施工现场距离可能从几百米到几百千米不等，所以大多数情况下都需要以水体（江河、海洋等）为介质进行隧道管节运输。
浮运过程中，分析管节及附属结构的拖航阻力及浮态测量，并以试验数据推算推船或拖船的所需功率等，这是沉管隧道设计和施工时需要重点考虑的部分[1]。
管节在海上浮运时，相对内河而言环境荷载较为复杂，需要考虑风、浪、流等荷载的综合作用；并且通常浮运距离较长，经历的时间也较长，由航道浮运到基槽浮运过程中，水深、风浪流等环境条件的变化通常不可忽略。