动态建模方法对浮体结构水动力压力恢复的影响

《Applied Ocean Research》：Influence of dynamic modeling approaches on the hydrodynamic pressure regeneration on floating structures

　　

Jian Tan|George Lavidas|Harry Bradford Bingham

摘要

获取浮体结构湿润表面的水动力压力分布是结构分析中的关键步骤，通常是通过基于预测的整体动态响应来进行压力反演来实现的。利用所得的水动力系数，可采用多种动态建模方法，包括基于Cummins方程的非线性时域建模、统计线性化以及洛伦兹线性化，以此求解在特定波浪条件下的结构整体动态特性。这些动态建模方法在计算效率与建模精度方面存在差异。尽管它们被广泛使用，但针对这些方法的系统比较，尤其是统计线性化与洛伦兹线性化在预测整体动态特性及反演压力场方面的对比，仍较为有限。本研究通过以通用圆柱形浮体为研究对象，结合不同的建模方法来模拟典型的非线性外部机械效应，对基于线性势流理论的动态建模方法进行了比较研究。通过这些方法得到的整体动态响应被用于反演水动力压力分布，结果表明，在低波浪陡度条件下，所有动态建模方法的结果都相当吻合。随着波浪陡度的增加，统计线性化、洛伦兹线性化以及简化版洛伦兹线性化的预测性能相比非线性时域模型逐渐下降。其中，统计线性化方法得出的结果比两种洛伦兹线性化方法更接近非线性时域模型，尤其是在较高波浪陡度条件下预测整体动态特性及重建水动力压力分布方面表现更好。鉴于其较高的计算效率，统计线性化方法有望进一步发展为一种用于估算动态响应和水动力压力分布的高效替代建模方法。