多浮体防波堤水动力性能探析范文

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摘要：为给船舶或海洋结构物作业提供更好的海洋环境，本文以一种多浮体方箱型浮式防波堤为例，采用有限元建模，数值分析的方法，分析其在频域内的附加质量的变化特性。在同一工况下，对比分析在单浮体状态和多浮体状态下的附加质量，为多浮体防波堤的进一步研究提供一定的参考。

关键词：多体浮式防波堤；附加质量；数值分析

引言

世界上首个浮式防波堤是1811年安放在英国港的木质浮式防波堤[1]。Williams等[2-3]依据二维势流理论，频域方法，对单、双浮筒浮防波堤的反射系数进行研究。结果表明其反射系数受几何参数如堤宽、吃水和系泊缆刚度的影响较大。国内学者盛祖荫和孙龙[4]研究了锚链系泊的矩形方箱式浮防波堤，其结果为挡水面积为消波效果的主要参数。本文以浮式防波堤的型式为研究对象，采用AQWA水动力分析软件，对单浮体状态和多浮体状态一号体在频域下对其附加质量进行对比分析。

一、多浮体间的水动力相互作用

多浮体间存在相互耦合。

二、防波堤及系泊系统的主要参数

两状态环境条件一致。水深为200m。系泊缆布置形式为八字缆，多浮体间有两个平行缆和一对交叉缆，两个浮体相距20m。

三、附加质量的对比分析

在两种状态下，横荡、纵荡和垂荡下的附加质量比另外三种自由度下的附加质量的数值小两个数量级。纵荡下，多浮体先减小再急剧增加，最后缓慢减小趋于定值；单浮体变化较为平缓。横荡下，两种状态都为先增大后趋于定值，多浮体在增大的过程中有一减小的突变值。垂荡下，多浮体在减小过程中的极小值更低，总体走势一致。横摇下，两状态曲线基本一致，多浮体在起始段里有小幅波动。纵摇下，多浮体先减小后急剧增大，再趋于定值；单浮体数值变化较为平稳。艏摇下，两状态的总体走势基本相同，先增大然后趋于定值，多浮体增大过程中有一极小值。

四、结论

基于三维势流理论，建立浮式防波堤系统水动力模型，AQWA-LINE模块对其进行频域水动力性能分析，结论如下：（1）在给定的工况下，两状态运动相似，六个自由度的附加质量变化不尽相同。纵荡、横荡和垂荡方向上的数值比横摇、纵摇和艏摇方向上的数值小2个数量级。（2）横荡和垂荡的运动状态相似，多浮体在10s左右有一减小的突变值，而后增大趋于定值。（3）纵荡和纵摇曲线变化相似，多浮体在10s左右有一个急剧增大的过程，而后逐渐较小趋于定值。（4）横摇和艏摇走势基本相同，局部有较小的突变值。（5）曲线趋于定值后，多浮体状态下的数值略大。

作者：雷林；周闯；袁培银；刘俊良 单位：重庆交通大学