第1章緒論
1.1超大型浮體結構水彈性問題的研究現狀
1.1.1超大型浮體結構及水彈性力學等概念及其分類
所謂超大型浮式海洋結構物(VeryLargeFloatingStructureorPlatform，簡稱VLFS或VLFP)主要是指那些尺度以公裡計的浮式海洋結構物，如飛機場？橋？儲油基地？風力和太陽能電廠，還有用於軍事目的的工業基地？應急基地？娛樂場所？再生公園？移動海上結構甚至居住場所等，區別於目前常見的尺度以百米計的大型船舶和海洋石油平臺。一般來說，大型浮體結構的長度從500m到5000m不等，寬度從100m到1000m不等，但是它們的厚度僅為2~10m。由於這些結構的厚度遠小於水平方向的尺及其彎曲剛度相對較小，因此彈性變形就成為一個需要考慮的重要因素，而且浮體的彈性變形響應甚至比剛體運動響應更為重要，因此傳統的剛性假設不再適用了，須采用水彈性理行分析[1]。
與傳統的填海造田方法相比，建造VLFS有如下有優點:
(1)建造容易且建造速度快(組件由造船廠造好後運到現場組裝即可)。因此，探索海洋空間的速度可以大大提高;
(2)VLFS易重新部署(運輸)，移走或拓展;
(3)建造VLFS不受水深，海底地貌等因素的影響;
(4)VLFS的高度位置與水表面幾乎是一致的。因此，可將VLFS作為機場？碼頭等設施使用;
(5)與環境相和諧。不破壞水下生態環境，不淤塞水港，也不破壞洋流;
(6)由於海水可以耗散能量，結構設施可以免於地震傷害。
水彈性的概念起初是從空氣彈性學中的，水彈性力學是指研究結構內力和水動力之間相互作用的學科。結構的內力包括慣性力和彈性力。在水彈性作用過程中，流體動力作用於彈性繫統，其大小取決於彈性繫統振動的位移？速度和加速度;但流體動力作用又會改變彈性繫統運動的位移？速度和加速度。這種相互作用的物理性質表現為液體與彈性繫統在慣性？阻尼和彈性諸方面的耦合現像。
圖1-1浮箱型(a)和半潛水型(b)
VLFS可以被分為如下兩大類:浮箱型和半潛水型，如圖1-1所示，典型的浮箱型VLFS是Mega-Float機場測試模型，如圖1-1(a)所示。到目前為止，它是大的海上浮箱型結構，長為1000m，寬60m，高3m，喫水深度為1m，位於東京灣，是測試浮式跑道模型。由於其結構是扁平箱型，特點是有較高的穩定性，較低的生產成本，易於維修和維護。但是，這類浮體結構僅適用於有自然免受風浪影響的海港靜水中。為一步減小高水波對這類浮體結構的影響，需要在其構建擋浪堤？防動裝置？錨泊繫統等。另外，如作飛機場，還需增加控制繫統以提高其穩定性。
在開闊水域，波浪相對較高處，就有要采用半潛水型VLFS以保持恆定浮力作用，從而降低水波對其的影響。半潛水型VLFS常被用作海上油氣資源勘探平臺。它們通過圓柱？樁或其他支撐繫統來支撐固定，如圖1-1(b)所示。相反的是，浮箱型VLFS隻是漂浮在海表面。浮箱型VLFS與其他種海岸結構物相比具有良好的柔韌性，故此時分析其彈性變形就遠比分析它們的剛體運動重要。這類VLFS就是人們所真正感興趣的研究對像。
VLFS還有其他應用，如當水深大或河床？海床很軟時，它們是經濟的解決方案。新加坡已經建成了上大的濱海灣浮動表演舞臺(見圖1-2)，為了滿足儲油能力不斷增加的需求，正在規劃建設一個大型的浮動燃料儲存設施(FFSF，見圖1-3)。這種FFSF可能增加一倍燃料庫兼船