彈性水平薄板水動力特性試驗(yàn)探討

1、彈性，K-卜溥秋.動力掰41爵LV摘要:本文基于物理模型試驗(yàn)以彈性E=6.4(滬a水平薄板為研究對象分析討論了彈性薄板的系泊纜拉力和運(yùn)動縣里與相對板長和相對波高的關(guān)系0通過改變相對板長這一變量使同一塊板可以研究不同尺度的薄板的運(yùn)動規(guī)律0試驗(yàn)結(jié)果表明:拉力和運(yùn)動里的總的趨勢是隨相對板長增大而減小隨相對波高的增大而增大0關(guān)鍵詞:彈性薄板超大浮體系泊纜拉力；運(yùn)動縣里一、刖言海洋資源的開發(fā)和利用需要大型的海上浮式結(jié)構(gòu)物作為其作業(yè)的平臺而超大浮體(VeryLargeFoathngStructiires簡稱VIFS)正是順應(yīng)這一需求的新型海上建筑物0本試驗(yàn)所研究的對象浮式彈性薄板的原型就是這類海洋工程結(jié)構(gòu)

2、物0對超大浮體的研究有以下幾方面問題:(1)超大浮體的結(jié)構(gòu)、形式的選擇(2)超大浮體系泊方式(3)超大浮體在海洋環(huán)境下的動力響應(yīng)預(yù)報(bào)(4)超大浮體結(jié)構(gòu)的變形(5)滿足使用針對上述問題科研工究0對于超大浮體形式兩種且大部分研究者理HaimammotD和Fujta11曾T、C、X形0由于超系泊需要大里樁柱、錨其復(fù)雜的問題0超大浮構(gòu)變形是超大浮體設(shè)計(jì)由于超大浮體自身表面薄其在波浪作用下呈大浮體運(yùn)動響應(yīng)問題是作用問題0Wu2、Price理論為基礎(chǔ)提出了可下長寬尺度都很大的結(jié)域二維水彈性理論該波浪與結(jié)構(gòu)物作用的流于超大浮體巨大的面積所在海況不均勻的情況種考慮結(jié)構(gòu)非線性的計(jì)功臺匕目匕需要解決的問題0作者們

3、開展了很多研主要有箱式和半潛式將超大浮體做矩形處將超大浮體處理做L、大浮體體積巨大實(shí)際鏈等結(jié)構(gòu)這是一個(gè)極體的水動力響應(yīng)及其結(jié)和研究中的重要問題積很大但厚度相對很現(xiàn)為彈性特征所以超一個(gè)流體與結(jié)構(gòu)的耦合和W,3等以一維水彈性以適用于分析波浪作用構(gòu)物的水彈性響應(yīng)的頻理論被廣泛的運(yùn)用解決周耦合問題0同樣由會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)非線性和崔維成等4給出了一算超大浮體的運(yùn)動響應(yīng)的方法0呂海寧5等通過試驗(yàn)對非均勻海況下箱超大浮體的水彈性響應(yīng)進(jìn)行了研究試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)波浪的周期越大水深越淺海底沙丘的尺h(yuǎn)越大超大浮體所受的影響越大0Ygo等6在日本船舶研究所水池里進(jìn)行了彈性板水動力響應(yīng)試驗(yàn)主要研究試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷拇瓜蛭灰坪涂v向應(yīng)變0王志軍

4、口對箱式超大浮體在波浪中的水動力響應(yīng)進(jìn)行了模型試驗(yàn)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)短入射波長時(shí)高階垂向彎曲模態(tài)占主導(dǎo)地位在長入射波長時(shí)低階模態(tài)占主導(dǎo)地位還發(fā)現(xiàn)隨著水深的增加浮體結(jié)構(gòu)的垂向位移響應(yīng)越大而淺吃水時(shí)的垂向位移響應(yīng)較小0超大浮體可用作移動基地、浮式機(jī)場、儲油平臺、海上風(fēng)電場等對其進(jìn)行針對性研究也是很重要的0例如在用做浮動機(jī)場方面Yueng和Kim8研究了無限長彈性跑道上的瞬態(tài)響應(yīng)W.atanabe等9在時(shí)域下研究了飛機(jī)著陸情況E巾0巾針對飛機(jī)起飛或著陸所產(chǎn)生的動載荷情況對超大浮體的瞬態(tài)響應(yīng)做了詳細(xì)的分析0對于超大浮體的運(yùn)動響應(yīng)絕大部分都只是關(guān)注其豎向位移即超大浮體的變形并未給出超大浮體在其他方向運(yùn)動縣里的響應(yīng)

5、也很少給出浮體在波浪作用下所受系泊力0針對以上兩方面本文通過模型試驗(yàn)研究了一塊彈性薄板在波浪作用下的運(yùn)動響應(yīng)給出了薄板所受系泊力及薄板中心占八、水平和豎直方向的運(yùn)動情況分析可對未來超大浮體的合理布置及優(yōu)化系泊方式提供參考0一、物理模型試驗(yàn)1*試驗(yàn)設(shè)備及測縣里儀器試驗(yàn)在大連理工大學(xué)海岸及近海工程國豕重占八、實(shí)驗(yàn)室波流水池中進(jìn)行試驗(yàn)港池的長度為40m】，寬度為24m1,港池深度1.22m工作水深最大可達(dá)0.8m0試驗(yàn)波浪數(shù)據(jù)的采集使用DS；30型浪高測縣里系統(tǒng)和LG-30型浪高傳感器0系泊纜純拉力測縣里使用DJ800型48通道水工數(shù)據(jù)采集儀傳感器為DYL-1A型應(yīng)變式水下拉力傳感器0彈性薄板的運(yùn)動

6、縣里測縣里采用FL-NH08K六分里運(yùn)動測縣里系統(tǒng)02試驗(yàn)布置試驗(yàn)整體布置示息圖如圖1試驗(yàn)所研究的彈性薄板(如圖2)尺寸為1.22m*4.88m*0.()3m布置于試驗(yàn)港池的中部薄板刖端距造波機(jī)16m處于波浪的穩(wěn)止區(qū)且減少一次反射的影響同時(shí)板后留出較大空問減小了港池反射的影響0薄板采用四角系泊的方式約束在水平面上纜純與板呈45o夾角纜純與港池底部呈30o夾角03試驗(yàn)組次彈性薄板的系泊纜拉力和運(yùn)動響應(yīng)的影響要素主要包括薄板自身物理要素(板長B、薄板的彈性模縣里E等）、與波浪有關(guān)的要素(水深d、入射波高H和周期T(由色散關(guān)系可1日到波長L)0通過縣里綱分析1日到的獨(dú)立無里綱化的影響變縣里為:相對板

7、長B/L相對波高H/d0二、試驗(yàn)結(jié)果分析1系泊纜拉力規(guī)律30cm水深規(guī)則波作用下系泊纜的拉力最大值隨相對板長的變化如圖3(a),迎浪側(cè)拉力隨相對板長增大逐漸減小目浪側(cè)拉力幾乎保持在初張力附近在試驗(yàn)范圍內(nèi)迎浪側(cè)拉力最大值和目浪側(cè)拉力最大值一直有較大差值0不規(guī)則波作用如圖3(b),當(dāng)相對板長較小B/L2.8拉保持穩(wěn)止在這個(gè)范圍一直保持在較大狀態(tài)張力附近迎浪側(cè)和目較大02運(yùn)動里規(guī)律(1)30cm水深4cm波高不同沿浪方向位移變化如圖則波作用下沿浪方向板一直處F平衡位置的運(yùn)動的振幅范圍隨相對B/L3.6時(shí)下降較快隨后用下如圖6(b),可以薄板的沿浪方向位移是平衡位置附近振蕩可動范圍大F目浪方向比值先急

8、速下降然后趨1平穩(wěn)0(2)升譏板長增大顯者下降隨升再下降目浪側(cè)拉力力最值隨相對板長增大內(nèi)迎浪側(cè)拉力最大值而目浪側(cè)拉力保持在初浪側(cè)拉力最值差距同樣縱移(沿浪方向?yàn)檎?周期規(guī)則波作用下薄板6(a),可以看到在規(guī)的位移均為正說明薄一側(cè)薄板在沿浪方向板長增大而減小當(dāng)緩慢下降0不規(guī)則波作看到不規(guī)則波作用下有正負(fù)的說明薄板在以看到順浪方向的運(yùn)振蕩范圍隨板長與波長稍有增大再減小最后(向下為正)30cm水深規(guī)則波作用下升譏與相(a),在試驗(yàn)范圍內(nèi)中心占八、處一直在初始位下譏最大值隨相對板長值有些波動但升譏范小0不規(guī)則波作用如圖正有負(fù)但還是正值較位置還是位于初始位置B/L2時(shí)升譏值最大值速減小隨后最大值略保持在

9、0附近即板中譏范圍的規(guī)律的趨勢與縣里的規(guī)律一致0四、結(jié)論拉力和運(yùn)動里的總的趨減小隨相對波高的增在規(guī)則波作用下迎浪驗(yàn)范圍內(nèi)保持很大差值相對板長很小時(shí)(B/L2都較大且在其范圍內(nèi)對板長的關(guān)系如圖9升譏都為正值即薄板置之下在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)增大而減小下譏最小圍隨相對板長增大而減9(b),此時(shí)升譏值有大說明板中心占八、平均之下0在相對板長較小和最小值的絕對值都迅有上升再下降最小值心略高于初始位置0升升譏最大值即下譏最大勢是隨相對板長增大而大而增大0淺水深時(shí)側(cè)與目浪側(cè)拉力值在試0在不規(guī)則波作用下),迎浪側(cè)和目浪側(cè)拉力拉力隨比值增大下降明顯隨后趨于穩(wěn)止力分布受浪向影響較大的趨勢0在相對板長周力的最大值和運(yùn)動縣里都大且迎浪側(cè)增大更顯現(xiàn)不規(guī)則波作用時(shí)比相拉力值和運(yùn)動縣里值都要大波對運(yùn)動響應(yīng)的結(jié)果作用下中占八、的升譏主要作用下迎浪側(cè)板首上揚(yáng)關(guān)0通過試驗(yàn)對超大議:(1)近岸處布置淺且易受到單向波的施(2)優(yōu)化系泊方對浪向有更好響應(yīng)的方浮體運(yùn)動影響還是比較的消浪措施(4)對越浪措施01所以相對大板雖然系泊但最大