波浪在圆弧型浮式多孔介质防波堤绕射的解析

为研究圆弧型浮式多孔介质防波堤的防浪效果,给出了圆弧型浮式多孔介质防波堤对波浪绕射计算的解析方法。假定防波堤刚性垂直薄壁、空间固定、水深恒定。假想存在一个圆柱面,把流场划分为内外区域,在每个区域上将速度势用特征函数展开,然后在它们的公共边界上进行匹配。匹配的原则是公共边界上速度连续、压力连续,从而可得到关于未知系数的一组线性代数方程组,解出未知系数,即可求得流域中任意一点的速度势和波高。数值结果给出了不同入射波波长及防波堤不同垂向沉深和不同孔隙率时防波堤周围波幅的等高线图。结果表明,圆弧型浮式多孔介质防波堤的防浪效果与入射波波长和防波堤的垂向沉深及孔隙率密切相关。     

岛式防波堤波浪绕射的数学模型

岛式防波堤是常用的一种防波堤型式.因此研究岛式防波堤的波浪绕射问题具有理论意义和实用价值.我国1978年颁行的"港口工程技术规范"尚缺岛式防波堤的波浪绕射计算方法.本文采用单源点法,结合岛式防波堤的边界条件建立了求解岛式防波堤二维波浪绕射的数学模型并编制了ALGOL语言和FORTRAN语言的计算程序.模型假设波浪为线性简谐波;水域为等水深或水深变化很小,折射影响可略而不计.曾与园柱绕射的解析解进行了验证,并与M. Stassnie等人采用Mathieu函数求得的岛式防波堤绕射结果以及合田良实等人的精确解、近似解和物理模型试验成果进行了比较,结果令人满意.本模式已应用于连云港的岛式防波堤的波浪绕射计算.     

短峰波与圆弧型贯底式多孔介质防波堤相互作用研究

将比例边界有限元法(SBFEM)推广到短峰波与圆弧型贯底式多孔介质防波堤相互作用研究中.将圆弧延伸构建一个虚拟圆柱面,对于圆弧段与圆弧延伸段,分别采用不同的孔隙影响系数.该圆将整个流场划分成一个无限子域和一个有限子域,并利用变分原理在各个子域上推导了SBFEM的基本方程.然后,SBFEM针对无限域和有限域分别采用汉开尔函数和贝塞尔函数作为基函数来求解对应域的解,并在公共圆边界处加以匹配.数值计算验证了该方法是一种利用很少单元离散虚拟圆便能得到精确结果的高效方法.进一步给出了不同波向入射、相对波数、防波堤不同孔隙影响系数、不同张角等参数对防波堤波浪荷载、波浪爬升的影响,这为该类防波堤水动力分析和结构设计提供了有价值的参考.     

波浪在V形贯底式防波堤上绕射的解析研究

给出了V形贯底式防波堤对波浪绕射计算的解析方法．假定防波堤刚性、薄壁、不透浪,水深恒定．假想存在一个圆柱面,把流场划分为3个区域,在每个区域上将速度势用特征函数展开,在它们的公共边界上进行匹配．匹配的原则是公共边界上速度、压力连续,得到关于未知系数的一组线性代数方程组,解出未知系数,即可求得流域中任意一点的速度势和波高．通过与已有的平直岛式防波堤绕射解析解比较,说明该方法是正确可靠的．数值结果给出了不同入射波频率及防波堤两臂不同张角时防波堤周围波幅的等高线图．结果表明：V形贯底式防波堤具有很好的防浪效果,通常情况下,掩护区域内的波高仅为入射波波高的20％～50％．     

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。     

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。     

直立式防波堤水平波浪力的概率分布

试验研究表明,不规则波对直立防波堤作用力的概率分布类型因波浪作用性质而变化。脉动力符合双参数的韦伯分布,冲击力偏离韦伯分布,经过统计分析,得出了每一种试验情况下韦柏分布的形状参数和比例参数,并确定了参数的变化规律,提出了直工防波堤在不同波浪情况和水位条件下确定分布参数的方法。     

二维数值波浪水池中的潜体绕射试验

在摇板式造波机生成的二维数值波浪水池中进行了潜没圆柱的模拟绕射试验。先在频率域中确定造波机的运动形式 ,并在时间域中模拟摇板运动生成带有波前的高品质Stokes波的过程 ,作为入射波条件。数值造波和数值绕射试验采用边界积分方程的时间步进法 ,探讨了在自由面和板面交点处自由面条件与物面条件的相容性、开边界辐射面边界条件、时间与空间域上的数值离散方法等 ,得到了稳定、合理的波形和波浪力时域非线性结果 ,并与相应的频域二阶解的结果作了比较 ,证实了本数值波浪水池试验方法的适用性。     

有限振幅波对复合圆柱绕射波浪力的实用算法

提出了有限振幅波对复合圆柱绕射波浪力（矩）的一种实用计算方法．在Ｓｔｏｋｅｓｎ阶绕射波速度势已定条件下，用此法可对ｎ＋１阶水波所致波浪载荷进行积分形式的工程估算．实算中对慢收敛的无限自由表面积分可采用数学上的渐近方法化简运算；对直立圆柱第２阶波浪力的实算结果与有关实验数据吻合良好．     

任意反射率边界条件的港湾波浪绕射数学模型

天然港湾或人工筑港的边界不论形状还是反射条件往往是复杂的。现有的港口波浪绕射的计算模式常简化为单突堤、双突堤和岛式防波堤等简单布置型式而略去港内码头等其他岸线复杂边界的反射影响,因而仅是粗略的。复杂边界的港口波浪绕射多藉助于物理模型试验。本文介绍采用单源点法求解具有任意反射率边界条件的港湾波浪绕射的数学模型。该模型已用于广东大亚湾核电站港内泊稳条件的数值计算,计算结果与物理模型试验结果吻合良好。     

数值波浪水池中航行船舶绕射问题的数值模拟

基于计算流体力学（CFD）方法建立了数值波浪水池（NWT）,并对波浪生成传播和波浪中航行船舶波浪绕射问题进行了数值模拟.讨论了适合航行船舶绕射现象模拟的波浪环境表达,验证了参考坐标系下NWT中波浪生成、传播和消波等,模拟计算了多个航速顶浪和斜浪航行的拘束Wigley III船模在不同波长的规则波中运动时所受的波浪力（矩）.通过与势流理论结果和Delft University of Technology（DUT）试验结果的比较显示,NWT方法计算的结果与两者的结果吻合良好;比实验更易实现和控制;能描述船舶周围的流场,在船舶水动力性能的分析和运动预报等方面具有广阔的应用前景.     

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。     

波浪在半球上绕射的解析解

基于线性势流理论,推导了无限水深中波浪在半球上绕射问题的解析解.给出了球坐标系下无限水深入射波速度势的表达式;利用多极子展开法,以包含未知系数和连带勒让德函数的无限序列的形式给出了流场中绕射速度势的表达式;通过物面边界条件建立了方程组,进而求解了未知系数.计算了作用在半球上总的波浪激励力,并通过与利用Haskind关系得到的结果以及他人的数值结果进行比较,验证了文中结果的正确性.
     

波浪绕射问题的无限相似单元数值模拟

采用无限相似单元方法与有限元法（Garlerkin）相结合对波浪绕射进行了数值模拟，求得任意截面柱状物体上的波浪荷载．模型中，对内外域交界面的选择并无限制，极大减少了内域单元的个数；外域组合刚度矩阵的阶数仅与内外域交界面上的结点个数有关，较大程度上减少了内外域拼接后总刚度矩阵的阶数．数值模拟结果和解析解吻合较好，且该方法简单快捷、收敛性好．     

防波堤顶墙上有块体掩护时的波浪力

本文通过模型试验对高基床防波堤顶墙前人工块体的防浪掩护作用进行了系统研究。根据总荷载(总水平力、总垂直力、总倾处力矩)的实测值,得到了无掩护的总荷载的变化关系曲线和不同掩护方式时掩护系数的经验计算式。本文的结论可供工程设计及港工规范修订时参考。     

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．     

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.     

单源点法求解单突堤波浪绕射的数学模型

单突堤是常用的一种防波堤布置型式.本文将数理方程中的单源点法与水面波动理论相结合,在研究双突堤波浪绕射模型的基础上,提出了单突堤的波浪绕射模型.通过计算分析,论证了假想有效口门宽度的取值,既保证了计算的精度又节省了计算时间.所提出的二种模式计算简便,经济效益显著.二种单突堤波浪绕射数学模型均可供港口规划设计工作采用.     

截断柱群波浪绕射性能的时域数值分析

随着海洋油气资源开发力度的加大,半潜平台等柱群结构的强度校核及设计应用、波浪与截断柱群之间的干扰作用越来越被人们所重视．运用时域三维边界元法对截断立柱群在规则和不规则波中的波浪绕射f生能进行了数值分析,远方辐射面上采用多次透射边界条件,自由面上采用积分格式的自由面边界条件．为满足半潜平台设计中对准确预报载荷和柱群周围波高的要求,将对截断面形状、浪向角、柱间距和埋深比对柱群中单柱所受波浪力的影响进行研究,探讨考虑柱群间干扰作用后对柱群周围波浪场的影响．