海洋工程水池可升降浮底强度分析

摘要

海洋工程是当前世界范围内正蓬勃发展的热点学科。诸如各类海洋资源、平台结构、风电及潮汐等新能源相关开发研究，都已经成为大量科研机构和研究学者们的重点关注与研究对象。但综合考虑复杂的海洋环境和技术设备以及资金投入的限制，使得建立海洋工程试验水池进行模型试验成为研究工作者们的必然选择。大连理工大学基于自身海洋工程学科研究的需要以及结合当前国内试验水池在造风品质等方面的不足，开始着手建立功能与性能更加强大齐全的新型海洋工程试验基地。 本文基于大连理工大学创新试验基地建设项目，针对试验水池可升降浮底的稳定性进行了一定的研究分析。首先利用计算流体力学软件FLUENT建立了二维、三维数值水池，采用边界造波和阻尼消波方法进行了波浪模拟，提取了不同工况下作用于浮底表面的波浪力。然后运用有限元软件ANSYS建立浮底三维数值模型，基于不同工况下浮底所受的波浪力及作用在浮底上的其他作用力进行静力分析，得到相应的应力和变形结果，并对不同工况下的结果进行比较分析。之后基于ANSYS Workbench再对浮底结构进行模态分析，得到了浮底结构的固有频率和相对照的各阶振型，并找到了浮底最大振幅位于何处。最后，还对浮底结构作了一定的结构强度计算。通过上述静力分析、模态分析结果和补充的浮底结构强度计算，综合讨论了浅水波浪和相应荷载对浮底的影响作用以及结构强度及稳定性，最终可以得出浮底受到的影响作用均在可接受范围内，强度满足要求，具有不错的稳定性，浮底结构能够安全可靠的进行正常工作。同时，借助本次分析结果，也希望能为大连理工创新试验基地试验水池浮底后续设计改进和运行工作提供一定的参考。

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摘 要

Abstract

目 录

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 课题相关研究现状

1.2.1 升降平台发展及研究现状

1.2.2 数值波浪水池研究现状

1.2.3 模态分析研究现状

1.3 课题主要研究内容

1.3.1 浮底结构静力分析

1.3.2 模态分析

1.3.3 浮底导向装置及升降系统结构校核计算

2 数值波浪水池的建立及波浪压力的提取

2.1 引言

2.2 计算流体力学（CFD）简介

2.2.1 计算流体力学（CFD）概述

2.2.2 CFD求解流程

2.3 FLUENT简介

2.3.1 FLUENT软件概述

2.3.2 FLUENT求解过程

2.4 VOF方法概述

2.5 Airy波理论

2.6 数值水池造波及消波

2.6.1 数值造波方法

2.6.2 消波方法

2.7 数值波浪水池的建立

2.7.1 波浪要素计算及确定方法

2.7.2 二维数值水池

2.7.3 三维波浪水池

2.7.4 不同工况下浮底表面波浪力提取

2.8 本章小结

3 基于ANSYS Workbench的浮底静力分析和模态分析

3.1 引言

3.2 浮底ANSYS有限元模型的建立

3.2.1 模型的建立

3.2.2 单元的选取

3.2.3 材料属性

3.3 浮底静力分析

3.3.1 静力分析理论基础

3.3.2 静力分析流程

3.3.3 静力分析结果

3.4 浮底结构模态分析的必要性

3.5 模态分析的理论基础及方法

3.5.1 模态分析概述

3.5.2 模态分析基本理论

3.5.3 模态分析主要方法

3.6 浮底模态分析过程及计算结果分析

3.6.1 模态分析过程

3.6.2 浮底模态计算结果分析

3.7 本章小结

4 浮底相关结构强度计算及分析

4.1 引言

4.2 结构强度计算及计算参数的确定

4.3 浮底导向装置计算

4.3.1 大浮底导向装置计算

4.3.2 小浮底导向装置计算

4.4 浮底升降系统结构计算

4.4.1 大浮底升降系统计算

4.4.2 小浮底升降系统计算

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 展望

参 考 文 献

附录A 附录内容与名词

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢