海底地形对集成多孔防波堤超大型浮体(VLFS)水弹性行为的影响研究及其在海洋工程中的应用

本文系统研究了倾斜、不规则、阶梯及复合海底地形下，多孔防波堤与超大型浮体(VLFS)耦合系统的水弹性响应。采用多域边界元法(MDBEM)与有限差分法(FDM)耦合算法，揭示不规则海底可使局部弯曲应力增加30%，而多孔防波堤能有效降低40-50%的波能传递。研究为复杂海洋环境下VLFS结构设计提供了关键参数优化方案。

　　

理论构建

采用小振幅线性波理论探究海洋波浪与配备多孔防波堤的柔性VLFS之间的水动力相互作用。通过二维坐标系下的边界值问题(BVP)进行数学建模，单色入射波沿x轴正方向传播，流体域在水平面?∞<>

求解方法

本研究采用多域边界元法(MDBEM)分析VLFS与多孔防波堤集成系统的波-结构相互作用。该方法基于两个核心要素：基本解和格林第二恒等式。运用加权残值技术和格林-高斯定理求解控制性亥姆霍兹方程，其基本解满足自由表面边界条件、海底边界条件以及远场辐射条件。

数值结果与讨论

本节重点呈现针对多孔矩形防波堤集成超大型浮体(VLFS)在不同海底条件下的水弹性响应数值研究。通过多域边界元法与有限差分法(MDBEM-FDS)耦合计算模型，系统论证了几何与结构参数对该集成系统性能的影响。

结论

采用多域边界元法(MDBEM)与有限差分法(FDM)耦合算法，分析了倾斜、不规则、阶梯及复合海底条件下多孔浮式防波堤与VLFS集成系统的水弹性行为。通过基准案例验证了数值工具的可靠性，重点揭示了海底地形、防波堤孔隙率与布局等关键参数对水动力载荷、弯矩分布与应变响应的调控机制。