复杂水文环境对海湾桥梁建造过程的力学效应研究文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

海湾复杂水文环境下的荷载效应研究文献综述

1.前言

近年来，随着经济发展的需求和科学技术的进步，跨海大桥、港湾建设等近海工程越来越多，近些年相关的研究不断增加，取得了较多的研究成果。但大多数的研究成果主要集中在桥梁结构的设计分析阶段，对于近海桥梁工程的施工方法研究的较少。在海洋工程中，离不开对船舶的研究。船体本身是一个复杂的结构，船体周围的水对船体的振动、刚体位移也产生着种种影响，在讨论船舶的受力、位移时必然要考虑流固耦合的问题。研究船舶海上整体运输是一个复杂的过程，涉及到结构力学、流体力学、数学等多方面的学科知识。

在当前的海洋工程研究中，物理水池模型试验是一种可靠的研究手段，能够较好地预测船舶在波浪中的响应，但是构件物力水池模型需要消耗大量的资金、精力，且试验结果存在尺寸效应。而基于CFD理论，利用商业软件对水中航行的船只进行模拟是一种简易可行的方法，可以较好的预测在不同工况下船体的运动，且计算成本低、计算周期短。

基于CFD理论，通过商业软件ANSYS WORKBENCH进行仿真计算。当前规范中一般是要求将动水压力以附加质量的形式考虑，在ANSYS中通过一定的命令计算附加水质量，可以为以后的分析提供合理的参数取值范围，奠定后续分析的基础；在WORKBENCH中搭建船舶水动力分析系统，进行船舶及其上结构物与流体之间的流固耦合分析，可以得到船舶表面动水压力等相关参数。

2.附加质量

动水附加质量是船体振动问题的一个重要影响因素，然而在早期的船舶振动研究中并没有将附加质量考虑进船舶振动问题中，这导致早期船体振动预测值比实测值要高。

直到1924年，刘易斯等人对附加质量进行了理论研究和数值计算[1]，才使理论计算值与实测值逐步吻合。1967年弗兰克提出了边界元法，此方法可以很好的得到附加质量系数和阻尼系数[6]。1978年，赵德友吸收了国外的经验，提出了船体总振动固有频率的计算的新公式[7]。1996年，张少雄将船体等效为薄壁梁，将流体作用等效成附加质量，求解了船舶水上运动的湿模态[8]。2009年李华东等人采用边界元法求解附加连水质量，并通过算例验证了该方法的准确性[2]。2011年张新伟等运用有限元法，通过流固耦合的源汇分布法研究了一艘砂矿船的附加质量的问题[3]。2007年，孙杨运用有限元的方法，用流固耦合方法计算湿模态，并验证了其准确性[4]。2012年，于刚基于ANSYS软件计算了船体干模态和考虑附加水质量的湿模态，讨论了舷外水对船体振动的影响[5]。金占礼等人利用有限元法，研究了流固耦合的附加水质量的解耦方法[9]。程玉鑫等人对船体舱内液体附加质量对船舶总体振动进行了实验，与有限元结果进行对比[10]。

3.数值波浪水池

目前，人们对波浪的研究方法有四种，理论分析法、物理水池模拟法、实际观测法和数值仿真法。随着计算机技术的发展，数值仿真计算方法成本低、效率高等优点使它成为波浪研究的重要方式。数值波浪水池指波浪自由表面运动和波浪与浮体相互作用的数值算法[11]，数值波浪水池可以定义有限的区域，模拟造波和消波边界，进行一定条件的数值模拟。