第三章浮式平台总体性能3课件.ppt
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- 第三 章浮式 平台 总体 性能 课件
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1、 4.1 细长几何物体水动力系数的二维近似 海洋结构中的浮体,如船体,半潜式平台的浮箱、立柱等,常为长度较其横剖面尺寸大得多的结构。对于这类细长构件,当波浪经过并引起浮体运动时,附近流体将主要垂直于浮体轴线的平面内流动,因此可将作用在整个浮体上的流体动力由各个横剖面“切片”上的流体动力叠加得到,这便是工程上常用的切片法。应用切片法时,将浮体水下部分分割为若干(约20)切片,计算每一切片单位长度上的二维附加质量系数及阻尼系数,乘以切片长度后便得到每一切片上的水动力。对于任意形状剖面的二维水动力系数的计算,可用多级展开法,奇点分布法等。例:对于半径为a的圆形剖面(无界流情况,不考虑自由面边界和其它
2、非物面边界影响),22aADii 例:用切片理论求圆柱体在无界流体中的纵摇附加质量系数 55A 解:当柱体纵摇时,纵坐标为的切片将有垂向加速度,在切片上对应的垂向力是:52533333 xdxaxAAdFzR 此力对y轴的力矩是:52235 dxxaxdFdFRR522/2/25 dxxaFllR532121 la 由定义得到圆柱体纵摇附加质量系数为:3255121laA4.2 长波下波浪力的切片近似 通过一矗立在海底并穿出水面的垂直圆柱体来举例说明长波下作用于圆柱体结构上波浪力的切片近似。单位法向量 写为 。对于沿轴正向 传播的波浪,未受干扰的压力,也就是Froude-Kriloff压力可以
3、表示为 ncossinnijxcoshsincoshak zhpgtkxkh 微元上受到的Froude-Kriloff力可以写为 20coshsincoscoscoshak zhdFi gdzRtkRdkh 现在假设波长比圆柱的半径R大得多,这意味着是 小量。此式可以简化为 kR22200cosh()cossincoscoscoshak zhdFi gdzRdtkRdtkh 可知压力的最大项,也就是与 同相的那一项,对水平力没有任何贡献。现在可以写为:sin t1220coshcoscoshaxk zhdFi gk R dztiR dzakh 这里 是圆柱切片的排水质量,而 是好像圆柱体不存在
4、时处切片 轴平均位置的流体加速度在 方向的分量。2R dz10 xazx 未受扰动的压力只是切片上所有力的一部分,通过研讨未扰动的速度场来理解这一点。未扰动速度致使流体穿过圆柱壁,导致法向不可穿透边界条件的破坏。因此柱体必然要建立一压力场,以形成一在柱面处抵消未受扰动速度场法向分量的速度场。由于长波浪假设,可以说求解附加压力分布的问题等同于圆柱体以速度 强迫摇荡的问题,其中 是 处未扰动流场在切片轴平均位置的流体速度在 方向的分量,这样流体就不会通过圆柱壁。由水动力学的基本知识可知强迫摇荡速度 作用在物体上的力可以写为:0 xu0 xux0 x 0 xu11 110 xA ai 其中 正是附连
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