aqwa的浮式防波堤水动力性能分析(附件)【字数：19869】
摘 要摘 要与传统固定式防波堤相比，浮式防波堤造价低廉、建造拆迁方便、地基适应性强、对环境的影响较小；而且，对于短周期波浪，浮式防波堤的消波效果较好，所以在某些情况下可以取代传统固定式防波堤。本文将南海海域海况作为研究背景，研究双浮筒浮式防波堤的水动力性能及其运动响应。首先，利用势流理论的基本方法和原理，对本文研究的防波堤进行时域积分；然后，在二力平衡的条件下，通过迭代数值求解建立的锚链力控制方程来计算出锚链力；最后，用牛顿第二定律建立浮式防波堤的时域运动方程，使用四阶Runge-Kutta法来求解。并确定本防波堤的具体尺寸和结构要求，在ANSYS软件中建立其有限元模型，使用 AQWA计算出其水动力模型。在此条件下，研究双浮筒浮式防波堤的水动力性能及其运动响应。具体如下（1）对双浮筒浮式防波堤的水动力参数进行频域分析首先，通过后处理得到在线性波中本防波堤的各个水动力参数。比较分析之后，明确了在不同波浪入射角下各个水动力参数随频率的变化情况。（2）对双浮筒浮式防波堤的运动响应和系泊缆张力进行时域分析利用悬链线方程，将悬链式系泊系统应用在双浮筒浮式防波堤上。通过AQWA分析得到在规定工况下本防波堤和系泊系统的运动响应和系泊缆张力情况。波浪周期和波高对双浮筒浮式防波堤运动响应和系泊缆张力的影响在不同的设计工况下，分析波高不变时本浮式防波堤的运动响应和系泊缆张力受到波浪周期的影响，以及周期不变时本浮式防波堤的运动响应和系泊缆张力受到波高的影响。关键词双浮筒浮式防波堤； 运动响应； 水动力性能； AQWA
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及目的 1
1.2 浮式防波堤的基本类型 2
1.3 国内外对浮式防波堤的研究进展 4
1.3.1 国外对浮式防波堤的研究进展 4
1.3.2 国内对浮式防波堤的研究进展 4
1.4 本文主要进行的研究 5
第二章 基本理论 6
2.1 速度势定解的问题 6
2.2 控制方程的给出 7
2.3定解条件 7
2.4 积分方程的确立 9
2.5 浮式防波堤的受力 10
2.5.1 对波浪力的求解 10
2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
5.2运用集中质量法计算锚链受力 10
2.7 浮式防波堤受到外力作用后的运动响应 13
2.7.1 基本运动方程 13
第三章 浮式防波堤模型的建立 16
3.1 软件介绍 16
3.1.1 ANSYS软件 16
3.1.2 AQWA软件 16
3.2 浮式防波堤模型概述 16
3.3 浮式防波堤模型的建立 17
3.4 浮式防波堤网格划分 29
3.5小结 30
第四章 极限载荷下浮式防波堤水动力响应分析 32
4.1 极限载荷工况 32
4.2系泊方式的选择 32
4.3水动力性能分析 33
4.3.1 运动响应幅值算子RAO随入射角的变化 33
4.3.2 一阶波浪力 36
4.3.3 二阶波浪力 39
4.3.4 系泊缆张力 40
4.3.5 重心变化 42
4.4小结 44
第五章 波浪周期对浮式防波堤运动响应的影响 46
5.1 概述 46
5.2计算工况 46
5.3 结果及分析 46
5.3.1 工况1 46
5.3.2 工况2 50
5.3.3 工况3 54
5.3.4 工况4 58
5.3.5 工况5 62
5.3.6 周期对计算结果的影响 66
5.4 小结 68
第六章 波高对浮式防波堤运动响应的影响 69
6.1 概述 69
6.2 计算工况 69
6.3 结果及分析 69
6.3.1 工况6 69
6.3.2 工况7 73
6.3.3 工况8 77
6.3.4 工况9 81
6.3.5 工况10 85
6.3.6 波高对计算结果的影响 89
6.4 小结 91
结 论 92
致 谢 94
参 考 文 献 95
第一章 绪论
1.1 研究背景及目的
进入新世纪以来，陆地空间和资源都变得匮乏，我们迫切地需要开发海洋空间和资源。近几年来，围绕浮式防波堤展开了许许多多的新研究。浮式防波堤是一种防浪设施，它由消波的浮体和限制浮体运动的锚泊系统组成。与传统固定式防波堤相比，浮式防波堤成本较低、施工方便、拆卸简单，对所处水域海洋环境有轻微的影响，不会污染海洋环境，在深海水域有更好的适应性。
随着我国各地区的旅游业的快速发展，大量的海水浴场、游艇码头正在新建，选用合适的防波堤对工程区的船舶航行、水质、消浪至关重要，所以近年来不管是沿海还是内陆湖区旅游开发，对于浮式防波堤应用越来越普遍[1]。同时随着我国今后大型船舶专业码头、海上增养殖设施等兴建并逐渐向深水扩展，这些为浮式防波堤的应用展示了良好的前景[1]。同时我国“十三五”规划明确指出，要进一步扶持海洋装备制造等产业发展，发展海洋科学技术，重点在深水、绿色、安全的海洋高技术领域取得突破[2]。“十三五”时期，我国将计划实施100个重大工程及项目，其中涉海工程包括，建设深海空间站，发展深海探测、大洋钻探、海底资源开发利用、海上作业保障等装备和系统，推动深海空间站、大型浮式结构物开发和工程化[2]。我国有300多万平方公里的辽阔海域，对浮式防波堤的研究可以更好地开发我国海洋资源并充分增强我国国际影响力。
防波堤是一种防浪设施。阻止波浪冲击、保持平稳的水面、保护所放置的水域的安全是防波堤的主要作用。沿海港口多使用防波堤进行掩护和阻止波浪冲击。固定式和移动式是防波堤的两种主要结构，传统的固定式包括直立和斜坡两种结构，然而固定式防波堤建造所消耗的材料和其水体内波能分布并不匹配。水面处的波能最集中，固定式防波堤却只消耗很少的材料，随着水深不断增加，消耗材料越来越多，在水底这样的波能最小的地方，固定式防波堤却消耗大量材料。在水深极高的海域，固定式防波堤在造价剧增的同时，施工也极度困难。最重要的是，这种固定式防波堤一旦损坏，极难修复，会造成很严重的后果。由于固定式防波堤的种种不良表现，科学家们开发出利用波能分布特性的浮式防波堤。
浮式防波堤可以应用在波能较低无需建造固定式防波堤的水域，亦可以应用在难以建造固定式防波堤的水域，还可以应用在需要良好的水质交换的水域。对较短波浪波长来说，大多数结构形式的浮式防波堤防波效果较好，但对较长波长的透射率仍然很高。通过将防波堤的宽度增大确实可以获得良好的消波效果，但又把浮式防波堤的建造成本给增大了，这也就限制了浮式防波堤在现实水域中的应用。最重要的是，在长周期的灾难性海浪中，这些浮式防波堤不能阻断波浪，锚链也会很容易断裂[3]。为了廉价制造出消波性能优良的浮式防波堤，锚链系泊双浮筒浮式防波堤快速发展起来。通过对锚链系泊双浮筒浮式防波堤的水动力学性能进行分析，将其原本的设计结构进行优化改造，对浮式防波堤在工程实际中的应用具有十分重要意义。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及目的 1
1.2 浮式防波堤的基本类型 2
1.3 国内外对浮式防波堤的研究进展 4
1.3.1 国外对浮式防波堤的研究进展 4
1.3.2 国内对浮式防波堤的研究进展 4
1.4 本文主要进行的研究 5
第二章 基本理论 6
2.1 速度势定解的问题 6
2.2 控制方程的给出 7
2.3定解条件 7
2.4 积分方程的确立 9
2.5 浮式防波堤的受力 10
2.5.1 对波浪力的求解 10
2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
5.2运用集中质量法计算锚链受力 10
2.7 浮式防波堤受到外力作用后的运动响应 13
2.7.1 基本运动方程 13
第三章 浮式防波堤模型的建立 16
3.1 软件介绍 16
3.1.1 ANSYS软件 16
3.1.2 AQWA软件 16
3.2 浮式防波堤模型概述 16
3.3 浮式防波堤模型的建立 17
3.4 浮式防波堤网格划分 29
3.5小结 30
第四章 极限载荷下浮式防波堤水动力响应分析 32
4.1 极限载荷工况 32
4.2系泊方式的选择 32
4.3水动力性能分析 33
4.3.1 运动响应幅值算子RAO随入射角的变化 33
4.3.2 一阶波浪力 36
4.3.3 二阶波浪力 39
4.3.4 系泊缆张力 40
4.3.5 重心变化 42
4.4小结 44
第五章 波浪周期对浮式防波堤运动响应的影响 46
5.1 概述 46
5.2计算工况 46
5.3 结果及分析 46
5.3.1 工况1 46
5.3.2 工况2 50
5.3.3 工况3 54
5.3.4 工况4 58
5.3.5 工况5 62
5.3.6 周期对计算结果的影响 66
5.4 小结 68
第六章 波高对浮式防波堤运动响应的影响 69
6.1 概述 69
6.2 计算工况 69
6.3 结果及分析 69
6.3.1 工况6 69
6.3.2 工况7 73
6.3.3 工况8 77
6.3.4 工况9 81
6.3.5 工况10 85
6.3.6 波高对计算结果的影响 89
6.4 小结 91
结 论 92
致 谢 94
参 考 文 献 95
第一章 绪论
1.1 研究背景及目的
进入新世纪以来，陆地空间和资源都变得匮乏，我们迫切地需要开发海洋空间和资源。近几年来，围绕浮式防波堤展开了许许多多的新研究。浮式防波堤是一种防浪设施，它由消波的浮体和限制浮体运动的锚泊系统组成。与传统固定式防波堤相比，浮式防波堤成本较低、施工方便、拆卸简单，对所处水域海洋环境有轻微的影响，不会污染海洋环境，在深海水域有更好的适应性。
随着我国各地区的旅游业的快速发展，大量的海水浴场、游艇码头正在新建，选用合适的防波堤对工程区的船舶航行、水质、消浪至关重要，所以近年来不管是沿海还是内陆湖区旅游开发，对于浮式防波堤应用越来越普遍[1]。同时随着我国今后大型船舶专业码头、海上增养殖设施等兴建并逐渐向深水扩展，这些为浮式防波堤的应用展示了良好的前景[1]。同时我国“十三五”规划明确指出，要进一步扶持海洋装备制造等产业发展，发展海洋科学技术，重点在深水、绿色、安全的海洋高技术领域取得突破[2]。“十三五”时期，我国将计划实施100个重大工程及项目，其中涉海工程包括，建设深海空间站，发展深海探测、大洋钻探、海底资源开发利用、海上作业保障等装备和系统，推动深海空间站、大型浮式结构物开发和工程化[2]。我国有300多万平方公里的辽阔海域，对浮式防波堤的研究可以更好地开发我国海洋资源并充分增强我国国际影响力。
防波堤是一种防浪设施。阻止波浪冲击、保持平稳的水面、保护所放置的水域的安全是防波堤的主要作用。沿海港口多使用防波堤进行掩护和阻止波浪冲击。固定式和移动式是防波堤的两种主要结构，传统的固定式包括直立和斜坡两种结构，然而固定式防波堤建造所消耗的材料和其水体内波能分布并不匹配。水面处的波能最集中，固定式防波堤却只消耗很少的材料，随着水深不断增加，消耗材料越来越多，在水底这样的波能最小的地方，固定式防波堤却消耗大量材料。在水深极高的海域，固定式防波堤在造价剧增的同时，施工也极度困难。最重要的是，这种固定式防波堤一旦损坏，极难修复，会造成很严重的后果。由于固定式防波堤的种种不良表现，科学家们开发出利用波能分布特性的浮式防波堤。
浮式防波堤可以应用在波能较低无需建造固定式防波堤的水域，亦可以应用在难以建造固定式防波堤的水域，还可以应用在需要良好的水质交换的水域。对较短波浪波长来说，大多数结构形式的浮式防波堤防波效果较好，但对较长波长的透射率仍然很高。通过将防波堤的宽度增大确实可以获得良好的消波效果，但又把浮式防波堤的建造成本给增大了，这也就限制了浮式防波堤在现实水域中的应用。最重要的是，在长周期的灾难性海浪中，这些浮式防波堤不能阻断波浪，锚链也会很容易断裂[3]。为了廉价制造出消波性能优良的浮式防波堤，锚链系泊双浮筒浮式防波堤快速发展起来。通过对锚链系泊双浮筒浮式防波堤的水动力学性能进行分析，将其原本的设计结构进行优化改造，对浮式防波堤在工程实际中的应用具有十分重要意义。
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