海洋浮式结构物三维完全非线性水弹性力学分析

波浪的非线性动力学问题及其与结构变形的相互耦合分析是船舶与海洋结构物设计与安全营运的重要研究内容。本项目在结构变形为线弹性、水波为完全非线性的前提下，主要研究：. 1）完全非线性波作用下浮式结构物三维水弹性理论，包括水弹性力学方程的建立、波浪与结构的交界面条件的提出；. 2）完全非线性波运动方程和结构水弹性力学方程求解方法；. 3）结构在波浪中水弹性模型试验技术。. 通过上述研究，揭示波浪与浮式结构完全非线性相互耦合作用的机理与规律，提出有效、快速求解完全非线性波与结构相互耦合作用的计算方法，完善船舶海洋结构物在波浪中运动的三维非线性水弹性理论，提高恶劣环境下的船舶海洋结构物的设计水平和营运安全水平。

波浪的非线性动力学问题及其与结构相互耦合分析是船舶与海洋结构物设计与安全营运的重要研究内容。本项目的主要研究工作及其研究成果总结如下：.1、建立了基于势流理论和粘性流体力学的波浪与结构相互耦合作用的完全非线性水弹性分析模型，针对完全非线性波浪运动和结构相互耦合作用方程，形成了求解方案，确定了求解方法。.2、提出了波浪运动内场和外场物理参数的匹配条件，建立了可以处理波面翻卷和破碎的完全非线性波浪运动模型，从而建立了理论上可以处理任何形式强非线性波浪运动与结构相互耦合作用的水弹性分析模型：内场可以采用自由表面处理技术与有限体积法相结合，分析波面翻卷和破碎的完全非线性波浪及其与结构相互作用；外场基于势流理论与边界元相结合，处理波面无翻卷和破碎的波浪运动。.3、建立了具有良好造波和消波功能的二维和三维数值波浪水池，成功实现了强非线性波（聚焦波）和完全非线性波的数值模拟。 .4、在数值波浪水池中，计算了刚性浮体所受到的波浪力，分析了纵荡、垂荡和纵摇等运动响应，数值模拟了波浪与结构物相互作用过程中的甲板上浪、破碎、飞溅等完全非线性现象，计算结果与实验结果较好符合。通过求解双向流固耦合运动方程，分析了弹性浮体在非线性波浪作用下的运动与响应，实现了弹性浮体与波浪的完全非线性相互作用求解。 .5、依据畸形聚焦波、水流与系泊浮式海洋平台耦合作用时域模型，针对畸形聚焦波作用下深海JIP Spar平台水动力特性进行数值模拟，分析了聚焦位置、初始相位、谱峰周期、谱宽等对系泊JIP Spar平台缆绳力和波浪荷载的影响。.6、在波浪水池中，进行了弹性材料浮式结构模型试验。通过试验，观察和监测了弹性浮体与波浪的耦合作用（包括上浪、砰击与运动响应等），分析弹性浮体在波浪中的受力和变形情况，总结形成弹性浮式结构与波浪相互作用机理研究的试验技术；采用本研究提出的数值方法对弹性模型运动响应进行了预报，数值预报结果和试验结果进行了比较，两者吻合度较好，初步建立了完全非线性水弹性整体模型试验技术。