[發明專利]懸浮隧道水彈性響應全息截斷模擬方法和系統

有效

• 申請號: 202011289540.8
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112556981B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 陽志文;張華慶;袁春光;解鳴曉;孫振祥
• 申請（專利權）人: 交通運輸部天津水運工程科學研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 安衛靜

本發明提供了一種懸浮隧道水彈性響應全息截斷模擬方法和系統，涉及懸浮隧道技術領域，該方法包括：基于預先建立的波浪傳播及結構動力響應耦合計算數值模型確定懸浮隧道的初始模擬域的全息截斷幾何比尺、波浪場截斷邊界和懸浮隧道縱向截斷點位置；基于全息截斷幾何比尺和上述波浪傳播及結構動力響應耦合計算數值模型確定截斷執行結構(物理域內的水池造波機和六自由度運動平臺)的目標控制信號；基于目標控制信號對水池造波機和六自由度運動平臺進行全息協同截斷控制，以便對懸浮隧道的水彈性響應進行全息截斷模擬。本發明可以保證復雜波浪水動力荷載作用的真實性和準確性，同時可以實現懸浮隧道整體動力響應和局部運動受力變形水彈性響應的模擬。

技術領域

本發明涉及懸浮隧道技術領域，尤其是涉及一種懸浮隧道水彈性響應全息截斷模擬方法和系統。

背景技術

懸浮隧道是一種利用水的浮力建設懸浮于水中的大型水下隧道，是繼跨海大橋、海底隧道后人類又一種未來實現深海峽灣跨越的顛覆性跨海通道技術。與傳統的超大型浮式構筑物相比，懸浮隧道結構體系組成更復雜，跨度可延伸數十千米甚至數百千米，穿越水域范圍更廣，沿線海底條件及波浪水流等環境荷載的空間差異更大，且系統組成相當復雜，在復雜的海洋環境荷載下，必然發生結構整體和局部、結構外部和內部的運動受力變形響應——即水動力與和彈性結構系統之間相互作用的“水彈性響應問題”。

現有的主要方法是單獨采用數值模擬或物理模型試驗，然而數值模擬方法容易導致一個計算模型難以同時兼顧大范圍復雜波浪的傳播模擬，及復雜的結構整體和局部運動、受力變形參數的精確計算；而物理模型試驗方法難以準確模擬懸浮隧道相鄰結構段的約束作用、端部約束和實際剛度。而且受到實驗場地范圍、設備性能、比尺等限制，只能涵蓋有限的隧道范圍，變換和修改的靈活性不足，且花費巨大、費時費力，無法準確有效模擬超長寬度懸浮隧道結構水下的真實水彈性動態和受力情況。

發明內容

本發明的目的在于提供一種懸浮隧道水彈性響應全息截斷模擬方法和系統，可以保證復雜波浪水動力荷載作用的真實性和準確性，同時可以實現懸浮隧道整體動力響應和局部運動受力變形水彈性響應的準確模擬。

第一方面，本發明提供一種懸浮隧道水彈性響應全息截斷模擬方法，方法包括：獲取懸浮隧道的初始模擬域的全息截斷幾何比尺、波浪場截斷邊界以及懸浮隧道縱向截斷點位置；基于全息截斷幾何比尺和預先建立的波浪傳播及結構動力響應耦合計算數值模型確定截斷執行結構的目標控制信號；截斷執行結構包括物理域內的水池造波機和六自由度運動平臺；物理域為初始模擬域基于全息截斷幾何比尺、波浪場截斷邊界以及懸浮隧道縱向截斷點位置確定的模型空間；基于目標控制信號對水池造波機和六自由度運動平臺進行全息協同截斷控制，以便對懸浮隧道的水彈性響應進行全息截斷模擬。

在可選的實施方式中，預先建立的波浪傳播及結構動力響應耦合計算數值模型的建立步驟，包括：通過預先選擇的波浪數值模型及目標環境條件確定懸浮隧道結構物指定距離內的波浪場參數；目標環境條件包括海底地形條件和波浪條件；根據懸浮隧道結構物指定距離內的波浪場參數確定懸浮隧道管體及錨索所受的水動力；基于懸浮隧道管體及錨索所受的水動力確定波浪作用下管體-錨索系統的運動、變形和錨索張力，以便確定波浪傳播及結構動力響應耦合計算數值模型。

在可選的實施方式中，基于懸浮隧道管體及錨索所受的水動力確定波浪作用下管體和-錨索系統的運動、變形和錨索張力的步驟，包括：基于懸浮隧道管體及錨索所受的水動力和預先選定的彈性梁理論構建波浪作用下管體的受力-運動-變形的耦合模型；基于模態疊加法和波浪作用下管體的受力-運動-變形的耦合模型計算波浪作用下管體的運動和變形；通過集中質量法建立錨索系統的數值模型，并進行管體與錨索系統的運動及變形的迭代計算，確定管體-錨索系統的運動、變形和錨索張力。