关于水动力性能计算,已经研究了好多年了,从一开始的莫里森方程到现在的三维势流理论,世界各国的专家学者都在为半潜式平台的水动力特性计算做出努力,他们经过不断地实验终于在对海洋平台的受力以及运动等方面有了突破性的发展和认知。77860
众所周知,海洋工程的平台运动计算经过不断的更新升级而逐渐成熟。1950年,Morison等人提出了著名的莫里森方程,这是最早的关于海洋工程的平台运动计算理论。发展到60年代,Maruo提出二阶波浪力理论,在此基础上,后人又进一步提出了平面势流理论,直到现在的二维半理论和三维势流理论。在数年的时间里,国内外海洋工程的学者不断的对它进行研究和探索,也正是有了这些学者的无私奉献和辛苦劳作,海洋工程的平台运动计算才能够不断的取得重大的突破。他们在前人总结的经验道路上不断的改进和发展,通过无数次实验操作,不断地提高认知,使得我们现在对海洋平台的研究取得了突破性的进展。以下我们详细介绍三种方法:
(1)莫里森方程是最早提出的关于计算波浪载荷能力的半经验理论,并且目前使用最为广泛。该方程主要用来计算尺寸较小的构件,通常情况下用直径与波长的比值来进行判定该构件是否符合使用该方程,如果比值小于等于0。2,那么此构件可以使用该方程来进行计算。在使用该方程进行计算时,需要在一定的理想条件下进行,即假设浮式结构物对波浪本身没有影响,忽略波浪绕射力的作用。对于那些尺寸正常的构件,可以先使其符合要求,再计算其惯性力系数和拖曳力系数。不难看出,莫里森方程主要适用于计算尺寸较小的构件的波浪载荷情况,其优势是操作方便快捷,且精度比较高。但是,真理总是需要不断去打破和完善的,国内外的很多学者都对该方程进行了完善。值得一提的是我国的孙复中[1]就曾经将该方程的运用进行的大胆的创新,并且能够真实地反映出实际情况。
(2)二维切片理论。二维切片理论是现在海洋工程的平台计算中最为实用,应用最广泛的工具,但在各种切片理论正式提出的同时,就有学者引入了细长体假设,建立了细长体理论,其在船体的运动响应计算中有着非常普遍的使用。但是细长体理论也有着较为明显的局限性,由于半潜式平台的形状一般并不是理论中的细长体,而是一般为多边形,所以在使用细长体理论时,要先将半潜式平台的下浮体规范化,看成是细长的,再利用势流理论对齐进行数值计算,最后,运用积分法计算出下浮体的运动响应系数。当平台的两个下浮体相互独立,运动响应不会受到影响时,在理论上我们就可以通过浮体水动力值求和得到平台受到的波浪载荷。论文网
在20世纪下半叶,Frankr[2]在各种切片理论盛行的时期,进一步改进和完善,提出了紧密拟合法。由于该方法可以求解任何不规则形状的截面的结构,并且相比较其他的方法,该方法进行编程计算操作简单方便。
(3)三维势流理论。随着科学技术的不断发展和进步,海洋工程的学者们提出了三维势流理论,该理论是在现如今计算水动力性能最佳的选择方法。显而易见,随着浮式结构物不断的发展,有很多复杂多变的形状不断的出现,这就大大的增加了计算截面系数的难度,我们很难直接用以前的理论进行求解得到精准的结果。因
此,三维势流理论的出现很符合历史发展的需求。三维势流理论主要包括频域分析法或时域分析法,对于此分析法的正确性,Clauss等人[3]以半潜式平台为实验的选择对象进行了一系列的模拟计算,得到的结果更加精准,也证实了该理论方法的精确,并且在计算时粘性系数亦可以使用莫里森方程来修正。大量的实验结果证明了该理论的科学性与实用性,使得其受到了软件工程师的青睐,将其运用到大多数的水动力软件开发中。