弹性水平薄板水动力特性试验探讨

1、弹性，K-卜溥秋.动力掰41爵LV摘要:本文基于物理模型试验以弹性E=6.4(沪a水平薄板为研究对象分析讨论了弹性薄板的系泊缆拉力和运动县里与相对板长和相对波高的关系0通过改变相对板长这一变量使同一块板可以研究不同尺度的薄板的运动规律0试验结果表明:拉力和运动里的总的趋势是随相对板长增大而减小随相对波高的增大而增大0关键词:弹性薄板超大浮体系泊缆拉力；运动县里一、刖言海洋资源的开发和利用需要大型的海上浮式结构物作为其作业的平台而超大浮体(VeryLargeFoathngStructiires简称VIFS)正是顺应这一需求的新型海上建筑物0本试验所研究的对象浮式弹性薄板的原型就是这类海洋工程结构

2、物0对超大浮体的研究有以下几方面问题:(1)超大浮体的结构、形式的选择(2)超大浮体系泊方式(3)超大浮体在海洋环境下的动力响应预报(4)超大浮体结构的变形(5)满足使用针对上述问题科研工究0对于超大浮体形式两种且大部分研究者理HaimammotD和Fujta11曾T、C、X形0由于超系泊需要大里桩柱、锚其复杂的问题0超大浮构变形是超大浮体设计由于超大浮体自身表面薄其在波浪作用下呈大浮体运动响应问题是作用问题0Wu2、Price理论为基础提出了可下长宽尺度都很大的结域二维水弹性理论该波浪与结构物作用的流于超大浮体巨大的面积所在海况不均匀的情况种考虑结构非线性的计功台匕目匕需要解决的问题0作者们

3、开展了很多研主要有箱式和半潜式将超大浮体做矩形处将超大浮体处理做L、大浮体体积巨大实际链等结构这是一个极体的水动力响应及其结和研究中的重要问题积很大但厚度相对很现为弹性特征所以超一个流体与结构的耦合和W,3等以一维水弹性以适用于分析波浪作用构物的水弹性响应的频理论被广泛的运用解决周耦合问题0同样由会出现结构非线性和崔维成等4给出了一算超大浮体的运动响应的方法0吕海宁5等通过试验对非均匀海况下箱超大浮体的水弹性响应进行了研究试验发现波浪的周期越大水深越浅海底沙丘的尺h越大超大浮体所受的影响越大0Ygo等6在日本船舶研究所水池里进行了弹性板水动力响应试验主要研究试验模型的垂向位移和纵向应变0王志军

4、口对箱式超大浮体在波浪中的水动力响应进行了模型试验试验发现短入射波长时高阶垂向弯曲模态占主导地位在长入射波长时低阶模态占主导地位还发现随着水深的增加浮体结构的垂向位移响应越大而浅吃水时的垂向位移响应较小0超大浮体可用作移动基地、浮式机场、储油平台、海上风电场等对其进行针对性研究也是很重要的0例如在用做浮动机场方面Yueng和Kim8研究了无限长弹性跑道上的瞬态响应W.atanabe等9在时域下研究了飞机着陆情况E巾0巾针对飞机起飞或着陆所产生的动载荷情况对超大浮体的瞬态响应做了详细的分析0对于超大浮体的运动响应绝大部分都只是关注其竖向位移即超大浮体的变形并未给出超大浮体在其他方向运动县里的响应

5、也很少给出浮体在波浪作用下所受系泊力0针对以上两方面本文通过模型试验研究了一块弹性薄板在波浪作用下的运动响应给出了薄板所受系泊力及薄板中心占八、水平和竖直方向的运动情况分析可对未来超大浮体的合理布置及优化系泊方式提供参考0一、物理模型试验1*试验设备及测县里仪器试验在大连理工大学海岸及近海工程国豕重占八、实验室波流水池中进行试验港池的长度为40m】，宽度为24m1,港池深度1.22m工作水深最大可达0.8m0试验波浪数据的采集使用DS；30型浪高测县里系统和LG-30型浪高传感器0系泊缆纯拉力测县里使用DJ800型48通道水工数据采集仪传感器为DYL-1A型应变式水下拉力传感器0弹性薄板的运动

6、县里测县里采用FL-NH08K六分里运动测县里系统02试验布置试验整体布置示息图如图1试验所研究的弹性薄板(如图2)尺寸为1.22m*4.88m*0.()3m布置于试验港池的中部薄板刖端距造波机16m处于波浪的稳止区且减少一次反射的影响同时板后留出较大空问减小了港池反射的影响0薄板采用四角系泊的方式约束在水平面上缆纯与板呈45o夹角缆纯与港池底部呈30o夹角03试验组次弹性薄板的系泊缆拉力和运动响应的影响要素主要包括薄板自身物理要素(板长B、薄板的弹性模县里E等）、与波浪有关的要素(水深d、入射波高H和周期T(由色散关系可1日到波长L)0通过县里纲分析1日到的独立无里纲化的影响变县里为:相对板

7、长B/L相对波高H/d0二、试验结果分析1系泊缆拉力规律30cm水深规则波作用下系泊缆的拉力最大值随相对板长的变化如图3(a),迎浪侧拉力随相对板长增大逐渐减小目浪侧拉力几乎保持在初张力附近在试验范围内迎浪侧拉力最大值和目浪侧拉力最大值一直有较大差值0不规则波作用如图3(b),当相对板长较小B/L2.8拉保持稳止在这个范围一直保持在较大状态张力附近迎浪侧和目较大02运动里规律(1)30cm水深4cm波高不同沿浪方向位移变化如图则波作用下沿浪方向板一直处F平衡位置的运动的振幅范围随相对B/L3.6时下降较快随后用下如图6(b),可以薄板的沿浪方向位移是平衡位置附近振荡可动范围大F目浪方向比值先急

8、速下降然后趋1平稳0(2)升讥板长增大显者下降随升再下降目浪侧拉力力最值随相对板长增大内迎浪侧拉力最大值而目浪侧拉力保持在初浪侧拉力最值差距同样纵移(沿浪方向为正)周期规则波作用下薄板6(a),可以看到在规的位移均为正说明薄一侧薄板在沿浪方向板长增大而减小当缓慢下降0不规则波作看到不规则波作用下有正负的说明薄板在以看到顺浪方向的运振荡范围随板长与波长稍有增大再减小最后(向下为正)30cm水深规则波作用下升讥与相(a),在试验范围内中心占八、处一直在初始位下讥最大值随相对板长值有些波动但升讥范小0不规则波作用如图正有负但还是正值较位置还是位于初始位置B/L2时升讥值最大值速减小随后最大值略保持在

9、0附近即板中讥范围的规律的趋势与县里的规律一致0四、结论拉力和运动里的总的趋减小随相对波高的增在规则波作用下迎浪验范围内保持很大差值相对板长很小时(B/L2都较大且在其范围内对板长的关系如图9升讥都为正值即薄板置之下在实验范围内增大而减小下讥最小围随相对板长增大而减9(b),此时升讥值有大说明板中心占八、平均之下0在相对板长较小和最小值的绝对值都迅有上升再下降最小值心略高于初始位置0升升讥最大值即下讥最大势是随相对板长增大而大而增大0浅水深时侧与目浪侧拉力值在试0在不规则波作用下),迎浪侧和目浪侧拉力拉力随比值增大下降明显随后趋于稳止力分布受浪向影响较大的趋势0在相对板长周力的最大值和运动县里都大且迎浪侧增大更显现不规则波作用时比相拉力值和运动县里值都要大波对运动响应的结果作用下中占八、的升讥主要作用下迎浪侧板首上扬关0通过试验对超大议:(1)近岸处布置浅且易受到单向波的施(2)优化系泊方对浪向有更好响应的方浮体运动影响还是比较的消浪措施(4)对越浪措施01所以相对大板虽然系泊但最大