超大型浮体结构水弹性响应板模型分析

摘要

超大型浮体结构的流体动力特性的求解有其特殊性。由于超大型浮体结构是极为扁平的巨型柔性结构物，所以它在波浪中的动力响应是一个典型的流固耦合问题，不能将其视为刚体。水弹性理论能对任意形状物体的载荷、运动、变形和内力作统一的定性与定量分析，表现出描述流固耦合问题的适用性，因而被广泛地用于超大型浮体结构的求解。但用于高精度计算和分析的数学模型往往具有异常庞大的工作量。为宏观把握超大型浮体结构的水弹性响应特性，本文建立了简单的数学模型，其中流体部分采用二维势流理论，结构部分采用二维板理论。利用此简化模型，可以显著地减少计算量，比较全面、定性地得到超大型浮体结构的响应特性。本文在水弹性响应理论的基础上求解出流体的速度势和浮体挠曲波速度势。对超大型浮体结构的响应进行分析，推导了浮体结构折射率计算公式，并根据能量流守恒方程，得到浮体的水弹性响应振幅公式。为验证方法的适用性，编制了计算程序并用于模型计算。计算结果表明，当入射波为斜波时，方法和程序可用于估测超大型浮体结构的挠曲变形。