超大型柔性结构物非线性水弹性波的生成与传播机理

A very large flexible structure refers to an elastic plate floating on the surface of a fluid. This model is originated from and applied to two physical problems: the man-made very large floating structure and the natural ice sheet in the polar region. Due to the demand in the exploit of marine resources, the utilization of ocean space, and the special military base, and the scientific investigation and exploit in the polar region, the study on the very large flexible structure is one of great interest among the community. The dynamical response of the structure due to moving concentrated loads and wave actions is the principal hydrodynamic subject. In this project, we will be considering the stratification of the ocean, the nonlinearities of fluid motion and incident wave actions, and geometrical nonlinearity of flexible structure, and the unsteadiness of the moving loads. The generation, propagation and interaction of the wave response and wave resistance will be investigated, with the aid of analytical and approximately analytical methods, to reveal the coupling effects between the fluid motion and the elastic structure. At the same time, the capillary-gravity waves on an inertial surface will be correspondingly recovered. It is expected that the project provides two aspects, one for the guidance in the restraining of large-amplitude vibrations and waves of structure, the other for the enrichment of wave dynamics.

超大型柔性结构物是指流体表面漂浮的弹性板。该模型主要起源并应用于两类实际问题：一是人造的海洋超大型浮式结构物，二是地球极区自然的冰层。出于海洋资源开发、海洋空间利用、海上特殊军事基地的设置、极地考察和开发等需求，超大型柔性结构物的研究成为水动力学的一个热点方向。复杂海洋环境中，结构物受集中式移动载荷和波浪载荷作用下的动力学响应则是首要的水动力学课题。我们将着重考虑海洋的分层性、流体运动和波浪载荷的非线性、柔性结构的几何非线性、移动载荷的非定常等方面，主要借助解析和近似解析方法，研究大振幅水弹性波动和波阻的生成、传播、相互作用机制，揭示流体运动与弹性结构的动力学耦合特征，并考察惯性表面上毛细重力波的相应的力学行为。该项研究的开展，一方面为抑制柔性结构的大振幅振动与波动提高了科学依据和方向引导，另一方面也必将丰富水波动力学的学术之库。

本项目以海洋超大型柔性结构物非线性水弹性波的生成、传播与抑制为主要研究对象，围绕以下五方面的研究内容开展理论工作。一）非线性水弹性孤立的碰撞后的动力学演化特征，其中包括：1）存在均匀来流时波流相互作用的影响，2）考虑流体中等水深对碰撞的影响，3）借助两层流体模型考虑密度分层效应，4）浮式结构几何非线性对水弹性行波的影响。二）分层效应对波浪和柔性结构物相互作用的影响及结构振动的抑制，其中包括：1）包括三层流体中斜入射波作用下半无限板的水弹性响应，2）三层流体中入射波作用下直立圆柱支撑弹性圆板的水弹性响应，3）单层与两层流体中垂直多孔板对超大型浮式结构物水弹性响应的抑制。三）浸没移动载荷生成的粘性界面毛细重力波。四）海洋超大型浮式结构物中水弹性波的合适定解问题。五）海洋冰盖水弹性和密度分层对水声传播特性的影响。基于上述工作，标注基金号的期刊论文10篇(其中8篇英文期刊论文被SCI收录，另两篇中文期刊论文被EI收录)、国际会议论文2篇(文集有ISBN号)、国内会议论文2篇(文集有ISBN号)。培养博士生三名、硕士生五名、本科生四名。国际国内学术会议学术报告16人次，其中开幕式大会邀请报告两次。本项目的实施，即为我们有效深入地履行一些原有的研究计划，也促进了本项目组新思想的迸发，从而衍生出新的研究方向。