二层流体中透空大直径桩柱的波浪特性分析

 采用典型的海工结构物——大直径垂直圆柱研究层化海洋中波浪对透空结构物的绕射作用。通过分析二层海洋条件下边值的匹配问题,利用特征函数法提出内、外流场流体绕射势解析解,并在二层海况下计算透空圆柱所受水平波浪力及柱内、外的自由波面波浪爬高。计算结果分别与均匀海中透空桩柱和二层海中非透空桩柱的相应结果加以比较,分析得出在层化海洋中结构物的透空性对减弱波浪力和波浪爬高有很大影响。     

防淤积型透空式防波堤波浪爬高试验及预测研究

波浪爬高是防波堤堤顶高程设计和预估工程造价的重要影响因素．以防淤积型透空式防波堤为研究对象，采用1∶10的模型比尺，在64组不同工况下开展防波堤的物理模型爬高试验，并记录了不同工况下防波堤迎浪侧的最大波浪爬升高度，探究了防波堤的波浪爬升特征．分别运用多项式回归方法、速度水头方法与M5’模型树算法并结合物理模型试验波浪爬高结果，发展透空式防波堤波浪爬高的预测公式．利用统计参数对3种方法发展的预测公式进行对比分析．结果表明：透空式防波堤背浪侧的波面变化滞后于迎浪侧，其最大波浪爬高小于迎浪侧，防波堤具有良好的消波效果；采用多项式回归方法与速度水头方法发展的预测公式能够在一定程度上实现对防波堤波浪爬高的预测，前者仅考虑了波高而忽略了其他波浪条件及防波堤结构参数对波浪爬升高度的影响，后者对波浪爬高的预测结果与试验值偏差较大，二者在实际应用过程中都存在一定的局限性；M5’模型树算法发展的波浪爬高预测公式利用无量纲参数综合了各项波浪要素以及防波堤的结构参数等，拥有良好的统计指数，能够更好地预测透空式防波堤的波浪爬高，具有较高的实际应用价值．     

作用于二层海洋中大直径透空圆环墩柱上的波浪渗流力*

基于Biot渗流固结理论与层化海绕射波理论,应用特征函数展开法,研究了二层海洋中立于可渗弹性海床上透空圆环墩柱的波浪渗流力问题,给出了表面波和内波所致波浪渗流压力场的解析解式,由此计算了作用于固立透空圆环墩柱底部上由波浪渗流压力所导致的浮托力和倾覆力矩。计算结果表明圆环柱外表面的透空性对表面波和内波的波浪直接作用具有明显的减弱效应,而对波浪渗流倾覆力矩也具有一定的减弱效应。内波所致波浪渗流倾覆力矩可能超过表面波对应的作用。圆环墩柱内外柱半径比减小对波浪力矩的减弱效应较渗流倾覆力矩更为明显。     

浅海非线性随机波浪的谱特性分析

应用非线性谱分析理论推导及数值计算方法，对晨线性随机波浪的谱特性进行了分析，首先将波面方程，海水质点的速度及加速度分解成一阶和二阶分量，通过引入Ｈｅｒｍｉｔｅ多项式，得到了波面方程与其一阶分量的自相关函数之间的关系，从而确定了一阶波面分量的谱密度、进而得到了速度谱及加速度速密度。     

作用于透空圆环墩柱的浅水波绕射波浪力与波浪渗流力

透空结构具有降低海浪作用的功效。该文基于椭圆余弦波一阶分量的浅水波理论和Biot渗流固结理论,分别推导了浅水区固立于可渗透弹性海床上透空圆环墩柱的绕射波浪压力以及由波浪所致海床内渗流压力的数学解,并据此对墩柱所受绕射波浪力与力矩以及渗流浮托力与倾覆力矩进行了实算。结果表明,海况条件和结构参数的变化对波浪所引起的各种载荷存在不同的影响效应,波浪渗流力与波浪直接作用可能具有相同量级。圆环柱外表面的可渗透性对浅水波的直接波浪作用具有明显的减弱效应,而对渗流倾覆力矩也具有一定的减弱效应。此外,圆环墩柱内外柱半径比存在优化取值,以使墩柱达到减载和稳定的双重效果。与Airy波浪理论计算结果相比,浅水波理论的结果能有效反映水波非线性因素的可能影响。     

波浪流谱图与桩柱上波力的计算

本文利用实测的波浪流谱图,分析了实际的波面、水质点轨迹速度和加速度场,再根据实测的孤立桩柱上的波力过程线,正确地计算了波力系数C_d、C_m的历时过程线、平台或深水开敝码失上群桩总波力。     

二层海洋中波浪对透空双圆柱的绕射作用分析

结构表面布孔可以减弱波浪载荷,而海水的层化将导致表面波和内波的二重绕射作用机制。对此,本文分析并计算了在二层海洋条件下大直径透空双圆柱的水波绕射作用,并分别与均匀海中透空和非透空双柱的相应结果加以比较。计算结果表明,在层化海洋中结构物的透孔性对减弱波浪力有一定影响,密度比变化对内波波浪力影响显著。     

直立式透空防波堤周围非线性波浪传播的数值模拟

基于改进的Boussinesq方程的数学模型,对非线性波浪在透空式防波堤周围的波浪变形进行了数值模拟.实例实验证明,该模型可对非线性波浪在透空式防波堤周围的波浪变化作出准确的预测,对透空式防波堤工程有一定的参考价值.     

波浪力对桩基挡板式透空堤作用的有限元分析

以工程实例为研究对象,依据实际结构尺寸建立透空堤的有限元模型。基于有限元和动力响应的基本原理,应用有限元软件ANSYS对透空堤进行静力分析、模态分析和功率谱密度随机振动分析。结果表明,需要加强对透空堤桩基嵌固点处以及海侧第1、第3榀架桩基的应力防护,以提高透空堤的安全性。同时,通过比较可知,波浪荷载引发透空堤共振时,桩顶面和泥面处节点位移超出了中国船级社规定的限值,出现安全隐患,为此提出加大桩径、桩周填石以及桩内灌注混凝土等措施,以保障透空堤的安全性。     

一种改进的几何学波浪破碎指标

基于Kjeldsen等提出的波形不对称性波浪破碎几何学指标，研究了波浪浅水变形作用下波形的不对称性，并通过实验采集的波面数据，运用最小二乘法拟合参数，综合2种不同的波浪变形情况，提出了含权重系数ω的不规则波浪的波形不对称性指标，并给出了浅水条件下权重系数ω的取值函数。在高分辨率波面数据采集技术的前提下，提出一种新型的、能够在近岸浅水条件下作为波浪破碎判据的波形不对称性波浪破碎指标，提高了其在实际工程中的应用价值。     

多柱体波浪荷载数值分析的边界元法

本文用边界元法计算线性势波对大尺寸多柱体的绕射问题，选用了满足自由表面 及无穷远边界条件的基本解，使问题变量大大减少。文中给出单柱、双柱、四柱的数 值结果，并分析多柱体排列间距对柱体波浪荷载的影响．本文方法适用于任意形状等 截面多柱体波浪荷载的数值分析。     

桩基挡板式透空堤底板波浪的上托力

波浪对底板的上托力是桩基挡板式透空堤设计的重要参数。通过波浪模型试验,分析波陡、超高等因素对其底板波浪上托力冲击压强的影响,采用因次分析和线性回归方法,得到1.67相似文献   

基于SPH-FE方法的波浪中结构物动力特性模拟研究

海工结构物在波浪荷载作用下产生动力响应,本文基于光滑粒子流体动力学-有限元(SPH-FE)耦合方法对结构物受孤立波冲击过程中表面压力分布和动力响应特性进行研究.通过溃坝模型模拟了水柱倒塌冲击结构物的过程,分析SPH模型中粒子间距对数值结果的影响,并通过与文献结果对比验证了本文数值方法的可行性.在此基础上研究水柱高度、水柱与结构物间距及结构物刚度对波浪到达时间、结构动力响应和波浪冲击荷载特性的影响.研究结果表明:在本文计算条件下,波浪到达结构物的时间与溃坝初始水柱高度关系不明显,但随水柱与结构物间距的增大而线性增加;结构物顶端位移响应幅值随水柱高度、水柱与结构物间距及结构物刚度的变化较明显;结构物所受波浪冲击荷载与水动力作用呈正相关关系;当水动力作用相同,结构刚度增大时,结构物底端所受波浪力会增大.     

透空双墩柱底部波浪渗流作用的解析计算

直立墩柱(群)是海工建筑中的典型结构,在近岸工程中应用十分广泛.文中基于线性水波绕射理论和Biot波浪渗流固结理论,应用特征函数展开法,推导了固立于可渗透海床上的大直径透空墩柱群所致绕射波浪场引起的海底下海床内渗流压力分布的解析解,据此计算了作用于双圆柱底部的波浪渗流浮托力和倾覆力矩,并与绕射波浪对透空双柱的直接作用进行了比较.计算结果表明:双圆柱侧表面的透空性对波浪直接作用产生的水平波浪力和力矩有明显的减弱效应,对波浪渗流压力所引起的作用于双圆柱底部的渗流倾覆力矩也有一定的减弱效应;海水波浪条件和双圆柱几何条件等的相对变化对波浪渗流作用均存在一定的影响,其中对渗流倾覆力矩的影响更为明显;在一定条件下,波浪引起的渗流作用与绕射波浪的直接作用具有相同的量级.此外,与密实双柱相比,圆柱结构表面透空将使两柱波浪渗流载荷随相关参数的变化形态更趋相似.     

港口内靠码头系泊船波浪力时域模型

为进行港口内靠码头系泊船波浪力的时域计算,提出了一种耦合数值方法。用包含船体的矩形柱面将整个港口区域划分为船体表面与柱面所围区域(内域)和柱面与整个港口边界面所围区域(外域)。内域流动由三维NavierStokes(NS)方程控制,通过VOF方法数值求解和描述其自由表面;外域流动由二维浅水波模型——改进的Boussinesq方程控制,应用有限差分三对角矩阵算法(TDMA)快速求解。内域解和外域解通过速度/压力和波面连续的匹配边界条件联系起来。应用所建立的NS/Boussinesq耦合模式同步和高效率地获得了港内波浪变形、系泊船附近三维流场、船表面波压力分布和波浪荷载。     

波浪作用下的海床响应及其对建筑物稳定性的影响

应用动弹性固结有限元法,求解了随机波浪作用下饱和海床土体中的孔隙水压力、有效应力和位移的瞬态响应,并对海洋建筑物的稳定性进行分析。建立的有限元计算模型中采用了动弹性固结理论和线性渗流理论,海床可为具有任意边界条件的分层分块弹性多孔介质;利用简单条分法对海床和建筑物进行稳定性分析,在滑动面上考虑波浪附加应力的影响。孔隙水压力响应的理论计算结果与模型实验的量测值吻合的较好。计算表明,近海工程中考虑海床土体受到的波浪附加应力时,海床和建筑物的整体稳定安全系数将降低,降低幅度主要与海床面上的波浪压力、海床的渗透性有关。     

透空式防波堤随机波浪反应的TLD控制

将调谐液体阻尼器(TLD)应用到透空式防波堤的减振控制中,建立了在随机波浪作用下安装了TLD的透空式防波堤的动力反应方程,通过算例讨论了TLD的参数对控制效果的影响.计算结果表明,适当选择TLD的参数可以有效地控制透空式防波堤的随机波浪反应.     

浅海非线性随机波浪的谱特性分析

应用非线性谱分析理论推导及数值计算方法，对浅海非线性随机波浪的谱特性进行了分析．首先将波面方程、海水质点的速度及加速度分解成一阶和二阶分量，通过引入Hermite多项式，得到了波面方程与其一阶分量的自相关函数之间的关系，从而确定了一阶波面分量的谱密度，进而得到了速度谱及加速度谱密度．     

规则波在陡坡潜堤上传播变形的数值模拟

为考察缓坡假定条件下给出的水波方程在陡坡潜堤上的适用性,对一组双层Boussinesq型水波方程建立有限差分的计算模型,数值模拟波浪在两边坡坡度均为1:2的梯形潜堤上的传播过程,并将计算的波面位移、各次谐波波幅与文献梯形潜堤实验数据进行对比.结果显示,二者吻合程度较高;同时,数值模拟的波面位移与实验数据的重合度超过0.99,表明该计算模型具有优良的线性与非线性性能.以上结果表明,该模型可适用于精确模拟坡度不大于1:2的潜堤上非线性波浪的传播变形.     

作用于透空复合圆柱的波浪渗流力的解析计算

基于Biot渗流固结理论和水波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了对应透空复合圆柱的绕射波势和波浪引起的海床内渗流压力分布的解析解式,由此计算了作用于固立透空复合圆柱底部上由波浪渗流压力所导致的浮托力和倾覆力矩,并与水平和垂直绕射波浪力和力矩进行了相应比较。计算结果表明,复合柱上部圆柱侧表面的透空性对水平方向的波浪直接作用有明显的减弱效应,对波浪渗流倾覆力矩也有一定的减弱效应,而对垂直方向的波浪直接作用及波浪渗流浮托力影响较小。海况条件和复合圆柱几何条件等因素的相对变化对波浪渗流作用均存在一定的影响,其中对渗流倾覆力矩的影响更为明显。在一定条件下,波浪渗流作用与绕射波浪作用可以具有相同的量级。