海洋工程结构动力分析课件第1-2章环境载荷

第2章海洋环境荷载,2.1结构上的流体荷载2.2结构上的波浪荷载2.3海冰荷载2.4地震荷载,2.1结构上的流体荷载,2.1.1经典非粘性流体,1、惯性力系数,其中：,惯性力系数,表2.1惯性系数的理论值,2、附加质量系数,其中：,附加质量系数,附加质量系数与惯性系数的关系：,2.1.2粘性流体,1、拖曳力(dragforce),粘性流体条件下：,工程应用取：,当时，取,其中：,形状阻力(formdrag),摩擦阻力(frictiondrag),那么,或,其中：,拖曳力系数(dragcoefficient),表2.2TranscriticalRevs.ks/D,表2.3拖曳力系数,2、升力(liftforce),其中：,升力系数(liftcoefficient),3、振荡的阻力和升力(oscillatingdragandlift),涡漩泄放(vortexshedding),其中：,斯特罗哈数(Strouhalnumber),涡泄频率(vortexsheddingfrequency),其中：,振荡阻力系数,振荡升力系数,1、Kc数(Keulegan-Carpenternumber),其中：,振荡流速的幅值,振荡流周期,2.1.3振荡流,设：,则：,其中：,振荡流幅值,对于简谐振荡流,2、振荡流的顺流向力,Hydrodynamicmassforce,Froude-Krylovforce,式中：,附加质量,圆柱体体积,计算附加质量,速度势函数,速度分量,伯努利方程,圆柱体表面速度：,伯努利方程可表示为：,忽略常数项得圆柱体表面压力：,其合力为：,由此可得：,则：,或,圆柱体附加质量,对于任意截面形状的物体,表2.4不同截面形状柱体附加质量系数,计算Froude-Krylov力,其中：,圆柱体表面积,单位长度柱体上的Froude-Krylov力,3、Morison公式,令,则：,或,当圆柱体运动时,4、拖曳力与惯性力,当Kc较小时,影响CD和CM的因素,Morison公式与实验值的吻合度,5、振荡流的升力,或,6、浪流叠加,设：,其中：,稳定流的流速,2.1.4风与流,杆件结构阻力系数修正,其中：,杆件迎风向的投影面积之和；,结构迎风向的投影面积。,风速u计算,式中：,海面上10m高度处的风速；,海平面上的高度。,流速u计算,式中：,水深；,水面下的距离；,海平面的潮汐流流速；,海平面的风海流流速。,则：,2.2结构上的波浪荷载,2.2.1弹性圆柱体,式中：,例2.1设CD=0,式中：,系统运动方程,或,设CD0,则：,2.2.2绕射力,1、波浪荷载,拖曳力流动分离（速度）；FFD（D/H0.1）,惯性力压力梯度（加速度）；FFI（0.515D时，I=2.5,接触系数；0.4k0.7,形状系数；平面m=1.0,圆柱面m=0.9,冰运动速度,参考速度；1m/s,冰的无约束压应力,一般形式,则：,修正的经验(Michel-Toussaint)公式,韧性区：,式中：,韧性区最大压应力,冰的应变速率；,k=1.0(完全接触)；k=0.6(连续破碎或不完全接触),过渡区：,式中：,k=0.25,脆性区：,式中：,I=3,k=0.3,脆性区破碎强度,2.3.3冰的动力作用,1、波动的动冰力(0.515Hz),式中：,h冰厚,冰的质量密度,圆柱体半径,冰的平均破碎压力,浮冰半径,