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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

二层流体中圆弧型贯底式防波堤的绕射波浪力

基于二层流体的水波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了圆弧型贯底式防波堤对二层流体中的表面波与内波绕射的波势解,并据此解析计算了作用于防波堤的波浪力和力矩。计算结果表明:二层流体中表面波与内波对防波堤的无量纲最大波浪载荷的影响可以具有相同量级。而波浪入射角度、二层流体密度比、海况条件以及防波堤几何条件等的变化对绕射波浪作用均存在一定的影响,且表面波与内波作用的变化规律存在一定差异。二层流体中表面波作用因内波的干扰而有别于均匀海表面波的对应结果。     

大尺度结构物附近小尺度杆件上波浪力的时域分析

为准确计算复合结构中小尺度杆件上的波浪荷载,不仅需考虑入射波浪的作用,还应该考虑大尺度结构物对波浪的绕射以及辐射的影响.本文以波浪对固定圆柱作用产生的绕射场为例,用Morison公式计算绕射场作用下细小杆件的波浪荷载.用高阶边界元法建立波浪对结构物作用的时域计算程序,利用积分方程求解域内水质点由绕射势产生的速度和加速度.结果显示,在一定的波浪条件下,考虑绕射波浪力得到的总力可达到入射波浪力的2倍.因此,在工程中应充分考虑复合结构中由于大尺度结构物存在而产生的绕射和辐射作用于细小杆件的波浪力.     

畸形波作用下海洋平台小尺度杆件波浪荷载分析

为准确计算复合结构中小尺度杆件上的波浪荷载,不仅要考虑入射波浪作用,还应该考虑大尺度结构物对波浪的绕射以及辐射影响.以畸形波对固定圆柱作用产生的绕射场为例,用Morison公式计算绕射场作用下细小杆件的波浪荷载.用高阶边界元法建立波浪对结构物作用的时域计算程序,利用积分方程求域内水质点由绕射势产生的速度和加速度.结果显示,在一定波浪条件下,杆件上的总波浪力为入射波浪力的1.2倍.因此,在工程中应充分考虑复合结构中由于大尺度结构物存在产生的绕射和辐射作用对细小杆件的波浪力.     

二层海中立于可渗透海床上的大直径墩柱的波浪渗流力

 应用特征函数展开法,研究了作用在二层海洋中立于可渗弹性海床上垂直圆柱的波浪渗流力问题,给出了由表面波和内波分别所引起的渗流压力场的解析解式,由此推导了作用于固立墩柱底部上由波浪渗流压力所导致的浮托力和倾覆力矩算式,并进行了相应的计算。计算结果反应了二层海中渗流波浪力的各种可能变化趋势,说明内波对波浪渗流力可能存在明显影响。     

作用在直立桩柱上的破碎波浪力研究

采用理论分析与实验相结合的方法,对现有的计算作用在直立柱体上的破碎波浪力的各种方法(莫里森公式、冲击绕流法)特点进行了分析。提出了计算破碎波浪力的绕流绕流冲击法,并给出了计算实例。结果表明,用绕流绕流冲击法计算出的破碎波浪力比常规波浪力大约3倍,约为冲击绕流法的2倍。实验结果证实了此法的正确性。本研究可为新滩海海洋结构物的设计和现役结构的安全使用提供理论依据。     

可渗透型结构的非线性水波绕射作用问题

含孔型结构的可渗透性具有对波浪的减弱效应,研究非线性波对该类结构的绕射作用机制有重要意义。分析了椭圆余弦波、孤立波以及STOKES二阶波对可渗透圆柱群结构的波绕射问题,给出了各类波对结构的绕射势解及STOKES二阶波对结构绕射作用的积分解式。     

双墩柱波浪渗流力

计算了在线性波或椭圆余弦波作用下双圆墩柱波浪渗流力，讨论了双墩 柱沿波向串列和并列布置时墩柱上渗流力随墩距的变化．计算中在内域采用 有限元方法，在外域使用了本文给出的外场解．进行了双墩柱波浪渗流压力 测量的模型实验．渗流压力的计算结果与实验结果符合较好．     

两层流体中大直径圆柱体的水动作用力

研究了两层流体中大直径垂直圆柱体上的水动力特性．基于分离变量法，建立了绕射势和辐射势的解析解，导出了作用在大直径圆柱体上水动作用力的计算公式．与单层流体不同，对两层流体，作用在大直径圆柱体上的水动作用力，除了表面波模态的波浪力、附加质量和阻尼系数外，还有内波模态的波浪力、附加质量和阻尼系数．对所建立的求解模型进行数值计算分析的结果表明，在某个频率范围内，流体的分层效应对这些水动力量的影响是不可忽视的．     

大数量圆柱绕射问题递推算法的理论基础

利用单根圆柱绕射问题的特征函数展开解,直接构造出浪散射的传输矩阵,进而利用Ｂｅｓｓｅｌ函数和Ｈａｎｋｅｌ函数的平移公式,对水波动力学问题建立了大数量圆柱波浪绕射的递推算法。作为算例,就不同方向、不同波数入射波情况下的双圆柱绕射问题进行了具体计算,并将计算结果与多柱绕射问题截面周线波动源分布法的结果进行了比较,计算比较表明,文中建立的大数量圆柱绕射问题的递推算法是有效的。该算法可以进一步拓广至其他形     

两层流体中水波与垂直圆柱浮体的相互作用

基于特征函数匹配理论,导出了作用在垂直圆柱浮体上波浪力的计算公式.对于两层流体,除了表面波模态的波浪力外,还有内波模态的波浪力,这与单层流体的情况是不同的.对所建立的求解模型进行了数值计算分析.结果表明,在某个频率范围内,流体的分层效应对垂直圆柱浮体的波浪力有一定影响.     

基于频谱的湍流函数海浪仿真

针对海浪仿真的物理模型都非常复杂，还没有简单的方法来实时描述动态海浪．文中提出一种可以实时描述深水动态海浪的简单方法，通过真实的海浪频谱控制三维次摆线，产生海浪模型之后叠加j维湍流函数来描述细节．这种方法建立的海浪模型在频域非常接近于真实的海浪频谱，在时域中可以得到比较真实的海浪形状．