基于物理的海洋场景模拟技术综述

系统阐述海洋场景模拟的发展历程以及当前基于物理的海洋场景模拟热点问题和前沿理论,并对浪花的动态仿真、流体表面重建以及流固耦合等细节增强策略进行详细分析和总结,就实时模拟问题中的加速策略进行了简要论述.     

起重船波浪载荷直接计算方法研究

起重船波浪载荷直接计算大致包括频率响应函数(RAO)计算、作业工况载荷短期预报、调遣工况载荷长期预报、设计波参数确定等内容。通过DNV GL SESAM HydroD软件,建立波浪载荷直接计算所用的计算模型,在进行整船强度分析时,将对应于设计波浪向和频率波浪诱导压力以及惯性力的实部与虚部,分别施加到有限元模型进行有限元求解,进而得到单元应力响应函数(RAO)。     

(3+1)维Korteweg-de Vries (KdV)方程的高阶怪波解和多波浪解

基于Hirota双线性形式，一个新的（3+1）维Korteweg-de Vries（KdV）方程的高阶怪波解和多波浪解被得到.通过作图，更直观地展示和讨论了高阶怪波解和多波浪解的动力学性质.     

基于剖面声呐的海底沙纹演变规律试验研究

海底沙纹是一种尺度较小的微地貌形态，对底床演变和沉积物输运具有重要作用。当前对沙纹的测量方法较少，且都具有一定的局限性。本文基于声呐扫描、光学摄影和人工测量等方法，通过室内水槽试验来研究剖面声呐测量沙纹的可行性，并进一步分析波浪作用下沙纹的演变规律。试验结果表明：剖面声呐观测沙纹具有很好的可行性，能够较好地反演出沙纹的波脊间距和波高等形态特征；沙纹在发育过程中，会依次经历不规则沙纹—弯曲沙纹—交叉沙纹—顺直沙纹四个过程，然后趋于稳定；在5 cm波高和10 cm波高的波浪作用下，沙纹的波脊间距不超过4.5 cm，波高最后稳定在0.5~1.5 cm之间。研究发现剖面声呐观测沙纹具有很好的效果，可为海底沙纹观测提供一种新型的观测技术。     

基于三维水动力方法的三体船连接桥波浪载荷计算分析

文章应用三维水动力分析方法进行三体船连接桥波浪诱导载荷的研究工作,建立三体船水动力分析面元模型,计算三体船在迎浪状态下零航速和中低航速运动响应,并与三体船拖曳水池模型试验结果进行对比,证明了此计算方法的可行性。通过计算,探讨了三体船连接桥波浪载荷随航速和浪向的变化规律及特点,并对连接桥的波浪诱导载荷量级进行了一定的分析,计算结果对于提高三体船耐波性能和加强三体船的强度校核有重要的参考价值。     

循环水槽多层孔板消波装置开发及消波特性数值模拟

基于k-ε湍流模型,在STAR-CCM+平台上建立数值波浪水池,开发透水式多层开孔板消波装置并研究其消波特性.波浪水池利用流体体积(Volume of Fluid, VOF)方法追踪自由液面,采用STAR-CCM+的VOF WAVE模块造波,出口边界设置阻尼消波区.通过对一系列指定波浪的模拟,验证了数值水池的准确性.改变波长、波高、水流的流速和方向,可得到消波装置在不同波流条件下的反射与透射系数.结果表明:反射系数和透射系数均随波长增加而增大;反射系数随波高增加而增大,透射系数随波高增加而减小;波流共同作用工况下,反射系数和透射系数远小于波浪单独作用工况;在模拟波流条件下,所开发的消波装置消波性能显著.     

珊瑚礁地形上胸墙波浪力大水槽试验

基于大比尺波浪水槽试验,开展了珊瑚礁地形上的波浪与斜坡堤相互作用试验。在不同水深和波浪条件下测量斜坡堤胸墙的水平力和浮托力,并与规范值进行对比。试验结果表明:胸墙的波浪力受波浪破碎后的堤前壅水、破碎波高和水流冲击的共同影响;胸墙水平力呈矩形分布,浮托力呈三角形分布;由于波浪在珊瑚岛礁上传播过程中的能量耗散,平均水平力和前趾浮托力试验结果均小于采用深水波要素计算的规范值,所提出的基于胸墙距礁缘的相对距离和礁盘上相对水深的波浪力修正系数,修正后的公式计算结果与试验值吻合较好。     

波浪作用下管线-海床模型动态响应及液化

基于Biot动力方程,利用COMSOL多物理场有限元计算软件构建了波浪-海床-管线动力响应的计算模型,模拟了一阶斯托克斯波作用下管线周围土体孔压和有效应力分布情况,对海床土体的液化情况进行判断,研究了波浪诱发海床液化及管线失稳的机理.研究过程中采用Partly dynamic动力方程(u-p模式).在Partly dynamic模型中,将海床视为多孔弹性介质,并且将孔压和位移视为场变量,考虑土体位移加速度,忽略孔隙流体惯性项的作用.模型得到验证后的参数研究表明:土体渗透系数、饱和度以及管线埋深、波高等参数对海床的孔压和有效应力影响显著.