浅水区圆柱墩群上的非线性波浪力

本文基于一阶近似椭圆余弦波理论研究了浅水区非线性波浪对圆柱墩群的绕射作用,推得了计算圆柱墩群上的非线性波浪力的计算公式。为验证所得的理论成果,在大连理工大学沿岸工程国家重点实验室的波浪槽内进行了模型试验,试验的波浪范围,其特征波周期T(g/d)~(1/2)=8.08～22.86,特征波高H/d=0.1～0.45.理论计算结果与试验结果吻合良好.研究表明,浅水区圆柱墩群上的非线性波浪力较之通常采用线性波理论的计算结果为大,其增大值随波浪非线性的增强而增大,可达相当大的数值。在本文计算和试验的范围内,最大可增大至4倍以上。建议当T(g/d)~(1/2)≥8时,应采用椭圆余弦波理论来计算波浪力。     

作用在大直径圆柱墩上不规则波波浪力的试验研究

本文介绍大直径圆柱墩不规则波波浪力的确定方法,本法基于波浪绕射理论及随机海浪的极值分布理论而建立,经过不规则波波力试验,证实它是合理并可靠的。文中讨论了波力谱的表达式,波力及波力矩的统计分布特征及波力谱(或波力矩谱)与波浪谱峰频值ω_0的关系。     

波浪对透空外双壁筒柱的绕射

应用透空壁内流体速度与两壁间压力差成正比的线性模型，建立了外壁透空的双筒圆柱对波浪绕射的解析解。通过数值计算研究了外壁透空率的大小、内外柱半径之比等因素对桩柱上总波浪作用力和波面高度的影响。数值结果表明圆柱外壁透空系数的增加，将明显地降低圆柱周围的波浪高度和圆柱上的波浪力；内外柱径之比的大小对波浪力和波高的最大值无太大影响，而对波浪力剧烈衰减区的位置和波高的振荡周期有决定作用。     

透水cosine-type同心圆柱波浪绕射研究

在势能流及微小振幅波理论假设下,采用复合边界元素法(CBEM)数值解析规则波通过单根外壁透水cosine-type型同心圆柱结构物绕射。将cosine-type外壁不透水条件改为透水外,并在内部设有一半径为b的不透水内圆柱共同组成同心圆柱,为了验证CBEM数值模式正确性与可行性,将其退化成圆柱,均得到合理结果。数值计算条件包含波浪正向入射凸端、透水参数及绕射参数,探讨波浪通过单根cosine-type同心圆柱体四周水面波动变化情况,并与双重圆筒同心圆柱作比较。计算结果显示结构物外壁采用透水型式,可以大幅降低cosine-type同心圆柱体四周整个波浪绕射场的水面波动。     

波浪对直墙前垂直圆柱的绕射

应用映像原理，将直墙前单个圆柱对波浪的绕射问题，变换为双柱对双向波浪的绕射问题，应用速度势的特征展开方法，建立了直墙前垂直圆柱对波浪绕射的解析解。通过数值计算研究了圆柱与直墙间距离大小、波浪入射角等因素对圆柱上总波浪作用力的影响。计算结果表明，直墙前圆柱上的波浪力将成倍地增加，且随着波数的变化而发生振荡。     

柱对称双浮子波能装置散射问题的解析方法

通过构造绕射势特解的一种新表达式,基于特征函数展开法提出了线性入射波作用下柱对称双振荡浮子波能装置散射问题的一种新的表达式,并在此基础上计算了垂向波浪激励力.从速度势的求解过程可知,绕射势和辐射势的计算量相当,但垂向波浪激励力的计算比采用Haskind关系方法简单得多,两种方法的结果一样.另外对不同工况下垂向波浪激励力的变化趋势进行了分析.     

不规则波作用下圆柱墩群上的波浪力

本文用谱分析方法计算了不规则波作用下圆柱墩群上的波浪力,给出了理论的群墩影响系数,文中对二个墩、三个墩,四个墩的情况分别用P-M谱与Bretshneider谱作了计算,并与规则波结果进行了比较,得到了一些有意义的结果.不规则方法得到的群墩影响系数随着墩间距的增加很快地就接近于弧立墩的情况.一般说来,当墩间距与墩径的比值大于4时,就可以不考虑群墩的相互影响.     

正交直墙前直立圆柱的波浪绕射的解析研究

应用镜像原理,将正交直墙前单个圆柱的波浪绕射问题,转化为4个对称布置圆柱的4向入射波浪的绕射问题。然后应用速度势的特征展开方法和Graf加法定理,建立了正交直墙前垂直圆柱的波浪绕射解析解。通过数值计算研究了圆柱与正交直墙间距离大小、波浪入射角等因素与圆柱上总波浪作用力的解析关系。     

规则波中船舶复原力和参数横摇研究

为研究规则波中船舶复原力变化规律及其对参数横摇的影响,首先,基于切片理论求解出船舶无横倾时在波浪中时间序列垂荡和纵摇运动,确定出波面与船体的相对位置;其次,利用三个坐标系之间的转换关系进而确定规则波中船体各横剖面左右舷与波面瞬时交点,求得各浸水剖面面积;然后对波浪压力沿船长湿表面积分,得出规则波中船舶复原力的Froude-Krylov部分。同时,利用作用在横倾船舶上的辐射力和绕射力,求出规则波中船舶复原力辐射力和绕射力部分。在复原力计算的基础上,确定一个参数横摇模型,实现波浪中参数横摇计算。以一艘集装箱船为例,研究了规则波中复原力变化以及参数横摇规律,复原力变化幅度是影响参数横摇的一个重要因素。     

四柱结构波浪绕射模型试验研究

张力腿平台的支撑结构由四根直立圆柱构成,四根支撑圆柱周围波面高度的计算对张力腿平台结构安全以及气隙设计具有重要意义。采用模型试验的方法对四柱结构的波浪绕射问题进行研究。试验中对柱体附近多个位置处的波面高度进行测量,通过对测量数据的统计分析,得到一阶和二阶水面波高分量幅值。为了验证绕射理论在计算波面高度上的适用性,试验结果与数值模拟结果进行了对比。通过对比发现,即使波陡较大的情况下二阶绕射理论也可以很好地对波面高度进行模拟。同时,对发生在多柱结构内部的重要近场干涉现象也进行了观测。在特定的入射频率下,试验中观测到四柱结构内部流体发生明显的共振运动。     

弹性双柱在规则波作用下振动响应

通过速度势的特征展开方法,建立垂直圆柱对波浪绕射的解析解,得到作用在柱体上的波浪力计算表达式,通过谐波增量平衡法(IHB法),计算研究弹性双柱相对位置对双柱振动响应的影响。设计了弹性双柱体模型试验,数值结果与模型试验结果较吻合,为海洋工程结构振动设计提供一种解决方法。     

大尺度圆柱墩群周围的波流场的数值模拟

本文对波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围的波流场进行了数值研究。利用波浪弥散关系的迭代计算求得波向与流向的夹角以及波浪的相对频率。流场通过求解浅水环流方程得到,波浪场通过求解含流的缓坡方程得到,通过二者的迭代计算得到大尺度圆柱墩群周围的波流场的耦合解。用有限元法建立了数值模型,并将本文的计算数据与试验数据以及其他学者计算数据进行了比较,结果较为合理。     

波浪对淹没垂直圆柱绕射解析解

利用对速度势的分离变量及匹配特征函数展开法,建立波浪对淹没垂直圆柱绕射问题的解析解,通过与边界元方法的对比验证了本方法的正确性,并通过对特征展开项项数及圆柱相对厚度的收敛性测试证明了该方法对较薄圆盘及零厚度圆盘波浪力计算的适用性。基于上述模型,考虑不同淹没深度与相对厚度对圆柱作用力影响,结果表明,圆柱所受到的最大波浪力并不总是随着淹没深度的增大而减小,而圆柱厚度对波浪力的影响则较为复杂,在不同波数范围显示出不同的特性。     

基于局部冲刷研究的大型圆柱周围波浪特性分析

波浪环境下,大型圆柱的存在改变了周围原有波浪条件,直接导致局部冲刷。利用MacCamy和Fuchs的绕射理论对相对柱径较大(0.15相似文献   

波浪与外壁透空双方形沉箱相互作用

在线性波浪理论下,利用复合边界元素法(composite BEM)数值解析在等水深、规则波浪入射二种外壁透空双方形沉箱的无因次波力及Kd绕射分布图,并分别与其他研究者所作双圆筒内、外圆柱无因次波力及绕射分布图的计算结果进行比较,都说明本模式的合理性和可行性。在考虑不同透水参数下,分别计算波浪作用在内、外结构物的波力及沉箱四周绕射系数大小分布图。计算结果显示:波浪作用于外壁透空全透水双方形沉箱,外方柱无因次最大波力值会随着透水参数增加而降低;内方柱无因次最大波力值则随着透水参数增加而增加。本研究结果可供设计外海透水方形沉箱结构交互作用参考。     

聚焦波作用下半浸没圆柱所受波浪载荷理论研究

由于畸形波的物理机制较复杂,有关畸形波-结构物相互作用的理论研究进展缓慢。然而对于较简单的畸形波模型与规则结构体,可以给出畸形波-结构物相互作用的理论解。本文基于畸形波的一种基本模型聚焦模型,采用解析方法研究其对半浸没圆柱体产生的波浪载荷。为保留畸形波的大部分特征,聚焦模型采用高斯包络描述。通过流场分隔给出绕射势,进而给出圆柱所受水平波浪力与波浪弯矩。采用适当方法简化理论公式,并与数值结果进行对比验证。此外,系统分析了聚焦程度、浸没深度与聚焦位置等参数对波浪载荷的影响。     

波浪对阻抗型圆柱群的绕射

应用柱面上阻抗型边界条件分析单柱和圆柱群上波面高度和总波浪力的分布规律。随着阻抗值减小波面高度明显减小,柱上总的波浪力也随之减小。由于柱间干扰和阻抗影响,波浪力在一定的波数尺寸范围内出现急降区,阻抗型柱的变化平缓,而刚性光滑壁面柱降低显著,说明阻抗越小柱间波浪散射强度越小。     

轴对称物体上的三阶波浪力

对于轴对称物体,提出了一个三阶波浪力的全绕射计算方法,自由水面上的三阶强迫项采用向外递推的方法加以计算。本方法已在计算机上实现。对于均匀圆柱问题,本方法计算结果与Malenica的半解析解吻合良好。本方法还被用于计算圆柱上的三阶波浪力矩,结果发现在低频区三阶波浪力矩具有很大的量值。     

有限水深二维绕射问题的二阶速度势和水动力

本文给出有限水深二维物体二阶绕射势在外域中的解析表达式，从而准确满足二阶绕射势的辐射条件。二阶绕射势在内域自由表面上的边界条件则由一阶势的数值微分求得。然后对内域用简单Ｇｒｅｅｎ函数法求得二阶绕射势。本文对二维浮体和潜体在不同水深和潜深情况下的绕射问题进行了计算，求得了二阶绕射势和二阶定常及倍频波浪力。讨论了水深和潜深对波浪力的影响以及二阶绕射势对非线性波浪力的贡献     

多向不规则波作用下九桩群桩效应试验研究

小尺度群桩应用广泛,一直是学者研究的重点,小尺度有别于大尺度桩柱,由于桩柱周围存在漩涡的脱落,使得受力特性复杂。以往的研究过程中,波浪主要采用单向不规则波浪,并且试验模型多以两桩或三桩组成的群桩结构为主,桩数相对较少。多向不规则波与群桩结构的作用特点有别于单向不规则波且研究较少。通过物理模型试验,针对多向不规则波对于9桩桩排群桩结构的作用进行了研究。首先综合考虑KC1/3数和相对桩径的影响,提出以参数KCLD 1/3数来衡量群桩的效应,并分析了正向力与横向力随着参数KCLD 1/3数和相对桩距的变化关系,研究了群桩中不同桩位桩柱波浪力的变化规律和方向分布宽度对于群桩波浪力的影响。研究结果表明,群桩中各桩的正向力随着方向分布标准差的增大而减小,而横向力在相对桩距较大时随着方向分布标准差的增大而增大,同时群桩中不同位置桩上的波浪力具有较大的差异。