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.     

基于特征线法的车隧压缩波演化数值分析

为研究压缩波沿隧道传播演化的影响规律,采用考虑压缩波惯性效应和壁面摩擦效应的一维特征线法,建立了压缩波沿隧道传播演化的数值模型,通过一维平面波方程与实车测试两种方法共同验证了该模型的准确性。针对波前形状、车身波等、压力幅值关键因素,研究了初始压缩波沿隧道传播时,最大压力梯度的变化规律。在此基础上,进一步探讨分析了摩擦与气室阵列共同作用对压缩波波前演化的影响以及壁面摩擦的作用机理。结果表明：初始压缩波波形相同时,压缩波最大压力梯度随波前幅值的增大而增大;不同波形的初始压缩波沿隧道的演化规律不完全相同,但列车车身进入隧道所产生的车身波并不会影响压缩波波前的最大压力梯度;考虑壁面摩擦后,气室阵列对压缩波最大压力梯度的缓解效果有了进一步提高,壁面摩擦越大,缓解效果越显著。     

颗粒增强复合材料的界面损伤对有效波速的影响

研究了具有非完好黏接界面的球形粒子对弹性波的散射以及含分布球形增强粒子的复合材料中的弹性波多重散射．首先,在弹簧模型下研究了单个球粒子的弹性波散射问题．然后在统计平均意义下研究了具有随机分布粒子的复合材料中的有效波以及有效波波速和衰减的计算公式．进一步,根据有效波波速和衰减对界面常数的依赖关系,研究了界面损伤对有效波波速和衰减的影响．在此基础上提出了一种依据超声测量数据对界面损伤进行无损估计的方法．针对Sic—Al复合材料进行了数值模拟．计算了不同界面损伤程度情况下的有效波波速和衰减．并利用遗传算法对含不同误差水平的合成实验数据就界面损伤进行了反演计算．数值结果表明对含随机误差的合成实验数据进行反演计算能对界面损伤程度作出近似的估计并且反演算法对不同误差水平具有相对稳定性．     

广义坏Boussinesq方程的新精确孤波解和余弦周期波解

利用假设待定法求出了广义坏Boussinesq方程的具双曲正割函数分式形式且渐近值不为0的4个新精确孤波解和6个余弦周期波解,并分别讨论了它们的有界性,揭示了行波波速的改变对上述钟状孤波解和余弦周期波波形变化的影响.     

近岸波浪作用下污染物运动数值研究

近岸波浪是影响污染物输移扩散的重要水动力因素之一.波浪对污染物输移扩散的影响主要有波浪扰动造成的水体紊动系数的增大和波浪破碎后形成的波生流对污染物输移作用.结合基于波作用守恒方程和光程函数方程的近岸波浪模型、三维水动力模型,以及污染物输移扩散模型,对波浪传播过程中污染物离散系数变化以及波浪破碎后形成的波生流中的污染物输移进行了数值模拟.模型基于非结构化网格,可用于大范围波流以及污染物的耦合计算.数值结果与解析值以及实验结果进行了对比,验证了模型的精度和适应性.     

南海北部大陆边缘深水环境的沉积物波

利用南海北部数万公里的多道地震剖面、3.5kHz单道地震剖面、重力活塞柱状样以及精细地形地貌,发现南海北部大陆边缘的深水环境发育有浊流、等深流(底流)、沉积变形等三种单一成因的沉积物波波域,以及复合成因的沉积物波波域,且勾勒了各沉积物波波域的空间分布.并发现,不同类型或同一类型但不同位置的波域其规模差异悬殊、波形特征也千差万别.这种差异背后隐藏着各自独特的成因机制和地理背景,也蕴涵了南海封闭性较强的这一特点所致的等深流循环的、不同于开阔大洋环境的独特性.     

三层密度分层流体界面内波三阶Stokes解的研究

以小振幅波理论为基础,利用摄动方法研究了三层密度分层流体的界面内波,给出了各层流体速度势的三阶渐近解及界面内波波面位移的三阶Stokes波解。结果表明：界面内波波面位移的三阶Stokes波解描述了界面波的三阶非线性修正及两界面波之间的三阶非线性相互作用;波速不仅取决于波数和各层流体的厚度,而且还与波幅有关。     

基于矢量波场分离弹性波逆时偏移成像

在传统的弹性波逆时偏移中,通过Helmholtz分解获取的横波的极性随入射方向改变,导致转换波的成像值也随入射方向发生极性变化(极性反转),多炮叠加后转换波成像同相轴将受到破坏。在传统波场分离基础上,对标量势(纵波)与矢量势(横波)分别进行梯度和旋度处理,得到矢量纵波与矢量横波。针对矢量纵横波波场,引入内积成像条件进行偏移成像,通过这种成像方法无需对转换波成像进行极性校正。波场分析结果表明,该方法既适用于同类波高精度成像,也适用于转换波成像。模型实验结果表明了本文方法的正确性和适应性。     

三层密度分层流体界面内波三阶Stokas解的研究

以小振幅波理论为基础,利用摄动方法研究了三层密度分层流体的界面内波,给出了各层流体速度势的三阶渐近解及界面内波波面位移的三阶Stokes波解.结果表明:界面内波波面位移的三阶Stokes波解描述了界面波的三阶非线性修正及两界面波之间的三阶非线性相互作用;波速不仅取决于波数和各层流体的厚度,而且还与波幅有关.     

非线性波动方程的孤波解及余弦周期波解

利用假设待定法,求出了非线性波动方程的具有双曲正割函数分式形式且渐近值不为零的精确孤波解和余弦函数周期波解,并分别讨论了它们的有界性,揭示了行波波速改变对钟状孤波解与余弦函数周期波解波形变化的影响.     

基于曲线坐标系下缓坡方程模拟近岸波浪及波生流

为了更好地模拟曲线边界等不规则岸线附近,波浪传播及其破碎后形成的波生流问题,该文建立了正交曲线坐标下近岸波浪和波生流耦合数值模型;即采用可综合考虑近岸区波浪反射、折射和绕射等效应的双曲型缓坡方程计算波浪场,采用近岸深度平均的二维浅水方程计算波生流场,应用辐射应力的概念,使波浪模型为流场模型提供驱动力.波浪和波流模型基于相同的正交曲线网格,应用高效的ADI有限差分格式进行数值求解.将曲线坐标系下的耦合模型应用到半圆形水槽和凹型水槽两个物理模型中,数值模拟的结果分别和解析解、实验值及已发表的数值结果做了比较.模型实验验证表明,该文建立的数值模型比较准确、有效,可以应用到防波堤和河口等具有复杂边界和复杂地形的实际海域.     

近岸波浪破碎方向谱模型

在线性海浪方向谱折绕射联合模型基础上,通过引入破碎波高概率分布和单个破碎波的处理方法,提出了在能量控制上与我国港口工程规范基本等效的近岸波浪破碎方向谱模型,使海浪方向谱折绕射联合模型的透用范围拓展到破碎带内。模拟地形上的数值计算实验表明,该模型既能从宏观上较好地控制破碎波在沿程能量变化,又能通过波浪的内在结构反映近岸波浪的变形特征。     

基于非静压方程的波浪破碎模拟

在保证数值精度的基础上,为了提高非静压波浪模型在近岸波浪传播破碎模拟中的计算效率,基于非静压方程模型(SWASH)建立了近岸波浪破碎数值模型.数值模型通过将描述波浪破碎的非静压方程退化为非线性静压浅水方程并引入波浪破碎后能量衰减的紊动模型以减少模拟破碎时的垂向分层数.利用斜坡、潜堤以及沙坝上的波浪破碎水槽实验对模型进行了验证.结果表明,所建立的模型只需要在垂向划分较少的网格层数,即可合理地描述波浪破碎点位置和破碎后波高,进一步提高了非静压波浪模型在实际工程应用中的吸引力和竞争力.     

上海南汇嘴控制工程波浪潮流数学模型

上海南汇嘴控制工程位于长江口和杭州湾交汇的南汇边滩,是上海市滩涂资源开发利用的重点工程.该海域受径流、强潮和波浪的相互影响,对控制工程的成败起着重要的作用.应用波浪作用下二维潮流数学模型和第3代近岸海浪模式SWAN,建立了二维波浪潮流数学模型.根据2006年8月大潮实测水文资料和大戢山站1979～1998年和杨梅嘴站1997年8月～2001年7月实测波浪资料,对模型进行了全面的验证.结果表明,数值模拟海域潮位和定点垂线流速、流向、波高的计算值与实测值吻合良好.重点研究了圈围工程对附近的长江口南槽、杭州湾北岸、东海大桥、天然液化气管线南汇登陆点及洋山深水港区的水流及波浪的影响和变化.     

波流作用下导管架码头结构浮运模拟数学模型及验证

提出了一种导管架浮运稳定性数学模型．模型中,将导管架看作刚体,主要考虑波流荷载及拖缆对导管架的作用;依据刚体运动学相关理论,建立了导管架运动方程;波浪水流荷载用莫里森公式计算,控制方程采用4阶龙格一库塔方法进行求解．模拟了导管架浮运过程中波浪作用下6个自由度的位移响应和拖缆力,与水槽试验得到的拖缆力实测结果进行了对比,二者符合较好．对不同波浪入射角度和水流流向条件下导管架拖航情况进行了数值模拟,发现逆向入射30。浪的拖缆力最大,大于正逆向浪的情况．分析了缆绳与拖航方向的平衡角随横纵向流速比的变化趋势,得出比值越大,拖缆与航向的平衡角越大的结论．     

非均匀流场中随机波折射—绕射的数值计算

本文在非均匀流场中规则波折－绕射缓坡方程的基础上,引入谱的概念,建立了用方向谱表示的非均匀流场中随机波折－绕射缓坡方程,并选用文圣常等提出的解析方向谱作为靶谱,就一模型海区进行具体的数值计算,结果表明,随机波折－绕射模型要明确优于规则波的折－绕射模型。     

福建海坛湾波流双向耦合下水动力特征

采用MIKE 21软件中SW(spectral wave)波浪模块和FM(flow model)潮流模块,将潮流模块计算得到的水位与流速输入波浪模型,将波浪模块计算得到的辐射应力输入潮流模型,建立海坛湾波流双向耦合的水动力数学模型.分别计算纯潮流和纯波浪作用下的潮流场和波浪场,计算结果与实测数据吻合良好,再分别对波流双向耦合作用下的潮流场和波浪场进行了模拟.比较结果表明:波流耦合作用对流速和波高都有一定的影响;在波流异向特性明显的区域,波高增大显著;涨落急时刻波高在近岸区域的衰减速率和纯波浪作用下的较一致;落急时刻波高开始显著衰减的位置明显早于涨急时刻;波浪辐射应力在破碎带附近对流速的影响最大.     

二维数值造波水槽不规则波之数值研究

利用边界元素法所建立数值造波水槽探讨不规则波浪之造波与传递问题，以Lagrange法描述水粒子之运动并利用前进差分处理时间项之微分项。水槽一端为活塞推拉式造波板，运动方式以Mitsuyasu-Bretschneider之波谱造波，另一侧设有一段消波区以减少计算结果受波浪反射之影响。水面上选定若干个测点量取水位变化之历时，利用波谱分析水面上各测点之波谱并与原入射波波谱比较来探讨本模式之准确性。     

A generalized wave action conservative equation for the dissipative dynamical system in the nearshore region

To describe the various complex mechanisms of the dissipative dynamical system between waves, currents, and bottoms in the nearshore region that induce typically the wave motion on large-scale variation of ambient currents, a generalized wave action equation for the dissipative dynamical system in the nearshore region is developed by using the mean-flow equations based on the Navier-Stokes equations of viscous fluid, thus raising two new concepts: the vertical velocity wave action and the dissipative wave action, extending the classical concept, wave action, from the ideal averaged flow conservative system into the real averaged flow dissipative system (that is, the generalized conservative system). It will have more applications.     

A new type numerical model for action balance equation in simulating nearshore waves

Several current used wave numerical models are briefly described, the computing techniques of the source terms, numerical wave generation and boundary conditions in the action balance equation model are discussed. Not only the quadruplet wave-wave interactions, but also the triad wave-wave interactions are included in the model, so that nearshore waves could be simulated reasonably. The model is compared with the Boussinesq equation and the mild slope equation. The model is applied to calculating the distributions of wave height and wave period field in the Haian Bay area and to simulating the influences of the unsteady current and water level variation on the wave field. Finally, the developing tendency of the model is discussed.