用URANS方程模型模拟高桩码头面板的浮托力

摘要

随着开发海岸带资源的需要，人们在海岸和近海地区愈来愈多地兴建各种透空式建筑物，如顺岸式码头、岛式码头、人工岛、栈桥、港外系船柱以及海上平台等。这些建筑物的大型实体部分一般由置于静水面以上的水平面板构成，常常处于无掩护的条件下，其下部将直接遭受波浪的袭击，而发生严重破坏。国内外曾多次发生因面板高程设计不当，而造成海上建筑物上部结构破坏。因此波浪与结构物的相互作用是海岸、海洋工程设计、施工和管理中十分重要的问题。 早期研究波浪和海工结构物相互作用主要是实验室中的模型试验，并积累了许多经验公式。随着计算机和计算技术的发展，用数学模型来模拟波浪和结构物相互作用取得了很大进展。 本文基于交通部“高桩码头面板波浪上托力计算”重点基金项目，通过建立波浪与结构物相互作用的二维数学模型，对高桩码头面板在一系列波况下所受波浪上托力进行了数值模拟计算，分析了波陡、超高、板宽等因素对面板所受上托力的影响。

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第一章 绪论

1.1研究背景和研究意义

1.2面板上托力研究概况

1.3数值模拟相关工作进展

1.3.1数值造波方法

1.3.2边界处理方法

1.3.3波浪与结构物作用的粘性不可压缩模型

1.4本文的主要工作

第二章 波浪与结构物相互作用的二维数学模型

2.1数学模型

2.1.1控制方程

2.1.2边界条件和初始条件

2.2自由表面跟踪的流体体积函数(VOF)方法

2.3造波方法和开边界的处理

2.3.1可吸收式数值造波机

2.3.2开边界的处理

2.3.3造波验证

2.4小结

第三章 模型的数值求解方法

3.1计算域和控制方程的离散

3.2求解压强泊松方程组的广义共轭剩余法

3.3离散方程的求解步骤

3.4小结

第四章 高桩码头面板上托力的数值模拟

4.1透空式面板下部波浪作用状况

4.2参数及采样频率的确定

4.3面板底部总上托力特征

4.4面板底部最大冲击总力影响因素分析

4.4.1波陡的影响

4.4.2超高的影响

4.4.3板宽的影响

4.5小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢