波浪对结构物的冲击作用的数值模拟

通过无反射数值波浪水槽研究了周期波浪对浪溅区结构物的冲击作用.控制方程为雷诺时均方程,采用k-ε紊流模型及在近壁区应用壁函数.建立了适合VOF方法的水体与结构物接触与分离的数值边界条件及动量方程的对流项采用了三阶迎风差分格式以消除数值粘性的影响.通过对不同波浪参数、结构物尺度、结构物与静水面的距离等情形的数值计算成果的比较分析,得到了波浪对结构物底面的冲击压力分布特征,讨论了结构物离开水面的距离S等参数对波浪冲击压力的影响,通过数模得到了波浪对位于浪溅区结构物底面的波浪冲击压力幅值及沿底面分布的定量结果.     

波浪对弹性支撑结构物冲击作用试验研究

位于浪溅区的弹性结构物的上部结构可能会受到幅值很大、历时较短的波浪冲击荷载.高强度的瞬时冲击荷载作用以及由它引起的结构振动响应往往是导致结构损坏的主要原因.通过物理模型试验,研究了波浪对弹性支撑平板结构的冲击作用.试验中设计了3种不同支撑刚度的结构物模型,对结构物底面所受的波浪冲击压力和结构物振动加速度响应进行了同步观测.分析了支撑刚度对冲击压力和结构振动的影响,以及结构物所受的波浪冲击压力与对应时段振动加速度之间的关系.试验结果表明,结构物支撑刚度越大,其所受的冲击压力也越大,对应时段的振动加速度幅值也越大.     

不规则波对透空式建筑物上部结构冲击作用时域分析

对透空式建筑物上部结构的不规则波冲击作用进行了试验研究．试验靶谱是JONSWAP谱，试验中选取的入射波波高H1/3的范围为0．10～0．25m，谱峰周期Tp的范围为1．0～2．0s，结构物底面距静水面的高度s与入射波高H1/3之比的范围为-0．1～0．4．给出了不同试验组次的结构物底面所受波浪冲击压力的统计分析结果，得出结构物底面所受波浪冲击压力的特征值沿结构物底面分布特性．s／H1/3对作用于结构物底面的冲击压力峰值有很大影响，冲击压力峰值最大值出现在s／H1/3=0．1～0．2．     

随机波浪对浪溅区三维结构物冲击作用试验研究

通过物理模型试验研究了随机波浪对位于浪溅区三维结构物的冲击作用.试验波浪为单向随机波.试验中波浪分别从正向(波向角β＝0°)和斜向(β＝15°、30°、45°)入射,入射波波高H1/3=7.5～20 cm,谱峰周期Tp=0.75～2.0 s,模型相对净空s与入射波高H1/3之比为0～0.5.对不同试验组次试验数据的统计分析比较得出:正向波和斜向波作用于结构物底面的冲击压力特征值,中部大、周围小;波浪冲击压力等值线基本上垂直对称分布于波向线两侧;结构物所受波浪冲击力随入射波波高增大而增大,对应相对板宽的变化出现2个峰值,在相对净空s/H1/3为0.1和0.2时到达最大值.     

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.     

浅海结构物波浪力计算及实验研究

应用椭圆余弦波理论、以曲波理论及孤立理论对作用于浅海海洋结构物的波浪力进行计算,并在造波水槽中进行了波浪力及波压力实验研究。运用实验结果对传统的计算方法进行了修正,静水面以上波压力的修正公式,表明,应用椭圆余弦波理论和双曲线理论压力并对其进行修正,再将积分上限取为瞬时波面,积分后得出的波浪力与实验结果很接近。     

浅海结构物波浪力计算及实验研究

应用椭圆余弦波理论、双曲波理论及孤立波理论对作用于浅海海洋结构物的波浪力进行了计算 ,并在造波水槽中进行了波浪力及波压力实验研究。运用实验结果对传统的计算方法进行了修正 ,提出了静水面以上波压力的修正公式。研究表明 ,应用椭圆余弦波理论和双曲波理论计算理论波压力并对其进行修正 ,再将积分上限取为瞬时波面 ,积分后得出的波浪力与实验结果很接近。     

三维数值波浪水池技术与应用

建立了用于波浪-结构物相互作用数值模拟的三维数值波浪水池．应用VOF方法对粘性流动的基本方程进行数值求解并描述其自由表面，水池计算域的一侧使用数值造波机条件产生斜入射波浪，其下游开边界联合使用辐射条件和局部强迫衰减，侧向边界使用周期性条件使斜向波浪透过．数值试验表明，所建立的三维数值波浪水池产生和传播波浪具有良好的重复性和稳定性，应用于海洋结构物波浪荷载的确定也是可靠的．     

波浪为形数值模拟

从Navier-Stokes方程出发，采用修正的k－ε模型来封闭雷诺方程，作为紊波波浪场的控制方程，采用修正的VOF方法跟踪自由表面，应用施主与受主单元模型求解流体体积函数F的输运方程，在差分离散方法的基础上，采用通度概念，对不规则边界进行处理，在近壁区范围内，采用壁函数技术解决壁面效应问题，通过数值计算成功地模拟出椭余波 通过潜堤时波面的变形过程。     

高渗透性海床对波浪衰减作用的数值分析

为研究高渗透性海床对波浪衰减的影响规律,建立了波浪与粗颗粒高渗透性海床相互作用的同步耦合数学模型.波浪域采用雷诺时均方程和k-ε紊流模型,采用PLIC-VOF法追踪波浪自由表面,采用非线性Forchheimer方程描述高渗透性海床内孔隙流场,计算分析海床参数对波高沿程衰减的影响.结果表明:随着海床厚度、粒径、孔隙率、固有渗透率的增大,沿程波高衰减加快;但当海床厚度达到1.8倍水深后,对沿程波高衰减基本没有影响;孔隙率增大到0.65后,沿程波高衰减幅度反而减小.     

K(n,-n,2n)方程的行波解

利用动力系统分支理论和定性理论研究了$K(n,-n,2n)$方程的行波解及其动力学性质. 结合可积系统的特点, 得到系统的孤立行波解,不可数无穷多光滑周期行波解和不光滑行波解；并根据行波解与相轨线间关系,揭示了不同类型行波解间转变与参数变化的关系.     

摇板式造波机性能实验研究

通过改进后的水池造波系统对工程中常用的规则波和二维非规则波浪的模拟试验，研究了该造波系统的最大造波能力、波浪总谐波变形以及对随机波浪谱的模拟精度等波浪模拟性能．测试数据表明，该造波机控制系统经过技术改进，恢复了二维规则波的模拟功能，提高了造波品质，完全满足船模耐波性试验的要求，可应用于实际工程项目之中。     

单一过程波浪变形和爬高试验研究

为计算浅水区和破碎带内波浪变形的数学模型提供验证数据,介绍了关于孤立波和单波群（这里统称为单一过程波浪）的变形和爬高的试验研究成果。这些数据是水槽试验无法得到的,试验结果有可能引起本领域内科研工作者们的兴趣。     

一个非线性Drinfeld-Sokolov系统的行波解分支

用动力系统分支理论研究一个非线性Drin feld-Sokolov系统,证明该系统存在扭子波、反扭子波、孤立波和无穷多光滑周期波解,获得在不同参数条件下上述解存在的充分条件及其精确表达式.     

波在非均匀媒质中传播时的解

该文从声场方程出发推导出波在非均匀媒质中传播时的波动方程,并利用WKB近似法得出声波在空气中传播时波函数的表达形式,为研究声波在非均匀媒质中的传播提供了一种近似解。     

广义水波方程组行波解的分支

应用动力系统分支理论,研究广义水波方程组行波解的分支.在固定的参数条件下给出广义水波方程组的孤立波、扭结(反扭结)波解的精确表达式,并证明该方程组存在不可数无穷多个周期波解.     

上海海域风浪谱分析与研究

根据上海海域四个测点的11300多且实测波面记录，经初谱估计和分析，筛选出拟合样本280多个，并求得各测站的标准化平均样本谱及4个测站的综合平均样本谱。结果表明上海海域的风浪谱都呈现双峰谱型，且其低频部分的能量比重约为15％－20％。因此，经过多种拟合计算分析后认为：该海域拟采用JONSWAP谱与三参数谱联合或者五参数谱与三参数谱联合进行拟合较为合适，同时提出了适用于上海海域的双峰谱型及其相应参数，可作为上海海域沿海建筑物的不规则波设计的备选谱型，对我国其他类似海域也有一定的参考价值。     

柱坐标系下修正弹性应力波理论及数值分析

指出了传统的波动理论存在的一些局限性和不足。给出了修正弹性应力波理论的建立推导过程。完成了波动方程从张量状态到柱坐标系下的转换过程,得到了柱坐标系下的波动方程。建立了波动变量在加载面上与载荷及速度的关系,应力波在自由面上发生反射时边界条件对波动变量的影响。通过使用Matlab编程计算了应力波在几何模型为z方向无限长的空心圆柱结构中的传播过程以及应力波在遇到边界时的反射情况。计算结果显示了应力波随时间在结构中的传播方式,应力波在加载面上会产生2个波,即体积波和形变波,遇到边界后会反射出2个波。同时体积波和形变波的第一部分复合在一起形成一个复合脉冲以相同的波速运动。     

半地转近似下正压大气中的非线性波动

本文在半地转近似下讨论了正压模式大气中的非线性 Rossby 波.结果表明:这些非线性 Rossby 波可以是椭圆函数形式的波、孤立波或冲击波;产生这些波动的条件是由一个称之为“总能量”的物理量给出的,同时还敏感地依赖于相应量的初相值;文中还求出了一支没有线性近似对应的新频率的非线性波解,它纯粹是非线性效应的产物.