移动载荷作用下浮冰的非线性动力学响应

本文考虑非线性、惯性和阻尼的影响,研究了任意深度二维理想流体顶部浮冰的振动.对相关的拟微分算子进行展开并将非线性项保留至三阶后,完全非线性问题被简化为仅与自由面上的变量相关的三阶截断模型.为了验证简化模型的准确性,重点关注了自由孤立波解.在不考虑阻尼的情况下,采用多重尺度方法推导了三阶非线性薛定谔方程(NLS),利用该方程预测了任意水深下原始欧拉方程中自由波包型孤立波解的存在性及三阶截断模型的准确性.相比于Dinvay等所提出的二阶模型,三阶截断模型的优势在于其对应的三阶NLS具有准确的非线性项系数,能够在最小相速度附近更好地模拟冰层的动力学响应.进一步地对自由孤立波解进行数值计算,数值结果表明三阶截断模型在分岔曲线和孤立波波形上均与完全欧拉方程吻合良好,准确性高于二阶截断模型.基于三阶截断模型,探究了匀速局域化载荷作用下的浮冰非线性动力学响应并将时间依赖解与实验测量数据进行比较,数值计算结果与实验记录吻合良好.

多浮体群遮效应的CFD模拟与分析

为了研究基于群遮效应的被多浮体环绕的中心浮体保护问题,本文利用粘流理论建立了多浮体水动力计算的数值模型。数值模拟了多浮体间的群遮效应,验证了群遮效应对中心浮体的保护作用,并进一步分析了浮体周围波面分布与波浪载荷变化的对应关系。结果表明:考虑粘性的数值模型可准确地模拟群遮效应;通过合理选取外围浮体群的几何参数,中心浮体的波漂移力可以得到显著降低;中心浮体波漂移力的大小与浮体迎浪、背浪侧间波面抬高的差值密切相关。

不同入射浪向下群遮效应的CFD分析

基于黏流理论系统地模拟了不同入射浪向的波浪作用下外围浮体数不同时浮体群的群遮现象.首先建立了多浮体水动力计算数值模型;然后模拟了两个典型波浪方向下,外围浮体数为0,4和8时浮体群的复杂干涉现象;最后从结构周围波浪场出发,着重分析了群遮效应对浮体波漂移力的影响机理.结果表明:计算流体动力学(CFD)方法可准确模拟多浮体间的复杂相互干涉;随着外围浮体数增加,群遮效应对中心浮体波漂移力的低减作用更加显著,且群遮效应对浪向的敏感性也逐渐减小;中心浮体波漂移力的降低与其迎浪侧、背浪侧间波面抬高差值的减小密切相关.