复杂载荷下海洋浮式结构物水弹性动力响应的理论分析

海洋超大型浮式结构物（Very Large Floating Structures，简称VLFS），广义地讲，包括人造的超大型浮式结构物和天然的大面积冰盖；狭义地讲，仅指前者。VLFS的水平尺度远大于垂向尺度，在复杂海洋环境和表面运载器的作用下，VLFS的弹性变形和流固耦合作用是不容忽视的。出于资源开发、空间利用和军事基地建立的需求，国内外海洋工程和学术界掀起了研究人造VLFS的热潮。而水弹性动力学特性是VLFS技术与实现的基础和核心问题。本项目旨在探索受周边波浪、表面载荷、底部流动和波动等复杂因素作用下VLFS水弹动力学响应。以解析求解和数值计算为主要手段，揭示冲击载荷的非定常性、波流的不均匀性、非定常性和非线性、海洋的分层效应对结构物水弹动力学特性的影响。期望研究成果将为完善地研究VLFS的铺垫理论基础，为VLFS的设计、建造和维护提供理论依据，同时对于极地冰盖动力学分析也有参考价值。

本项目旨在通过理论分析研究海洋超大型浮式结构物受复杂载荷作用后的水弹性响应。将海洋模拟为单层或双层流体，将浮式结构物模拟为弹性薄板。假设流体均无粘的、不可压缩的，运动是无旋的，考虑流固耦合，重点研究三方面内容：（1）单层或双层流体中集中载荷作用下生成的线性挠曲重力波和波阻，发现了瞬态波动波系结构和存在区间，导出了线性波阻随增加移速先增后减的趋势。（2）单层或双层流体中单频稳态入射波浪作用下有限或者半无限板的线性水弹性响应，对于本征函数匹配展开法提出了一种高效的计算方法。对于两层流体斜入射波的情形，基于挠曲波动的色散关系，发现了表面波和界面波耦合下时波动响应区间的几个临界入射角。（3）非线性挠曲重力行波在无限深流体表面的传播特性，探讨了薄板物理参数对稳态行波的影响。项目所得结果为进一步研究分层海洋中超大型浮式结构物的非线性响应奠定了重要的理论基础，并对为工程设计提供了实践依据。