(海洋工程课件资料）海洋工程综述.pptVIP

* 海洋环境载荷 船舶工程学院－－陈明 海洋结构物设计原理讲义（8） 环境条件的确定 （1）在作业海域内根据实际测量结果与实船工作 情况决定； （2）根据规范确定； （3）根据业主或用户要求确定； （4）根据海况与气象的实测资料推算的结果确定 设计波参数：最大波高、周期、概率 1、风载荷 中国船级社规定： 正常作业状态设计风速不小于：36m/s(70kn) 自存状态设计风速不小于：51.5m/s(100kn) 在遮蔽海区设计风速不小于：26m/s(50kn) F = Ch ? Cs ? S ? P 1.1 CCS风载荷计算法 规范规定风压计算公式： P = 0.613V 2 构件上的风力F计算公式： S：受风构件的正投影面积 Ch：暴露在风中的构件的高度系数，其值可根 据构件几何心距离设计水面的高度查表得到。 Cs：暴露在风中的构件的形状系数，根据构件 形状查表取得或根据风洞实验得到。如球形的 取0.4 FD = CD ρV S FL = CL ρV S 1.2 美国风载荷计算法 实际上风力分为与风速方向一 致的拖曳力FD和垂直于风向的 升力FL 1 2 2 1 2 2 CD：阻力系数 CL：升力系数 SVCCPF shcβ= 1.3 脉动风压的动力效应 β 结构的高度大于其宽度的5倍以上，自振周期长 于0.5s，结构对动力相应比较敏感，就需要考虑 风载荷动力相应，即在计算中考虑加入阵风系数： 阵风系数:查表得到，是自振周期的函数 2 P(t ) = βPc ? ? ? ? ? ? 线性波理论（微幅波）(初步设计中广泛采用) 斯拖克斯波（2阶到5阶波） 椭圆余弦波 孤立波 流函数 绕射理论 2 波浪载荷 2.1 波浪理论 2.2 线性波理论 1 、线性波浪理论假设： 1) 流体均匀且不可压缩； 2) 不计科氏力； 3) 不计表面张力； 4) 流体无旋； 5) 底部水平、静止且不可穿透； 6) 波浪为二维； 7) 波浪不受其他水流运动地影响； 8) 表面压力为尝数； 9) 波幅相对波长、水深为小良。 波高：H 周期：T 波幅：A＝1/2H 波长：L 水深：d 相对静止水面 2、波浪参数定义 η 水表面质点高度：η 水质点相对轨迹中心地水平和垂直坐标： (ξ , ε ) 水支点运动地水平和垂直速度分良： (u, w) 3、线性波浪分类 4、 线 性 波 理 论 总 结 0 2 (kz) 2H(pi/T) e ax 水平加速度 0.258 2 (kz) 2H(pi/T) e az 垂向加速度 0 (kz) piHe /T w 垂向速度 0.041 (kz) piHe /T u 水平速度 4.02841 2Pi/L k 波数 1.559718 2 gT /(2*Pi) L0 波长 1.559718 gT/(2*Pi) C0 波速 深水波 0.093306122 2 d/gT 判断 -0.6096 z 质点位置 1 T 周期 0.1524 H 波高 0.9144 d 水深 一造波水池长170米，宽6米，深4米，装有0.9144米深淡水。造波 机产生波高0.1524米，周期1秒的波浪。计算波峰处位于静止水表 面下0.6096米的水质点的速度和加速度 5、线性波理论应用 2.3 波浪载荷计算方法 邱卡数: 雷诺数: K = U mT / D Re = U m D / υ Um－波峰处水质点的速度 T－波浪周期 D－构建直径 －海水运动黏性系数 υ 步骤一：计算两个常数 K 和 Re 步骤二：根据常数决定用哪个算法 C d ρ dA u n u n 1 2 d F = C m ρ d V un + dF: 在体积dv、投影面积为dA的构件微段上的波浪力 垂直于构件轴线的速度和加速度； Cm 阻力系数，Cd惯性力系数。 。 步骤三：如果用Morison方程 微分形式： F = C d ρ r ∫ | u | u d z + C m ρπ r ∫ ud z M = C d ρ r ∫ ∫ 竖直圆柱－Morison方程（1） 2 0 ? d 0 ? d 2 0 ? d 0 ? d ( d + z ) ud z ( d + z ) | u | u d z + C m ρπ r 16 sh kd 利用线性波浪理论的水质点速度和加速度带 入上面的表达式，取, x = 0,θ = ωt ] 2 [A 1 C m