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海洋内孤立波与深海立管的相互作用数值模拟研究

高原雪  
【摘要】:随着世界石油产业的发展,海洋石油的开采范围逐步扩展至深海海域。在深海中,海洋结构物将面临更加复杂恶劣的海洋环境,海洋内孤立波便是其中之一。内孤立波具有振幅大、作用时间长等特点,因此在一定条件下会给深海工程带来严峻的威胁。由于大振幅内孤立波具有强非线性,而且其与大长径比的细长柔性立管的相互作用也是强非线性的。因此,本文采用数值水槽来研究该问题,是一种更为直接的方法。 本文在总结回顾国内外有关研究现状的基础上,对内孤立波与深海立管的相互作用问题开展了如下几个方面的研究工作: 在第三章中,基于内孤立波的全非线性MCC理论,建立了二维内孤立波数值水槽,实现了内孤立波可控数值造波模拟,并结合海绵阻尼层法和开渠边界法实现了内孤立波的消波模拟。 在第四章中,建立了大振幅内孤立波的三维数值水槽,所得内孤立波振幅达到了较高的精度。 在第五章中,利用三维内孤立波水槽,研究了大振幅内孤立波与大长径比深海立管相互作用时的流场特性及立管的时历载荷特性。 在第六章中,根据内孤立波作用于立管的时历载荷,利用有限元软件,采用法瞬态动力学分析方法,得到了立管在内孤立波作用下的动力响应特性。 研究表明,当内孤立波经过立管时,会使立管产生大幅度的变形,同时在两层流体内界面附近立管会产生较大应力。因此,在实际工程中考虑内孤立波对立管的影响是有实际意义的。


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