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.     

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     

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。     

高阶边界元方法求解规则波在三维局部渗透海床上的传播

基于线性势流理论,利用高阶边界元法研究了规则波在三维局部渗透海床上的传播。根据Darcy渗透定律推导出渗透海床的控制方程,利用渗透海床顶部和海底处法向速度和压强连续条件得到渗透海床顶部满足的边界条件。根据绕射理论,利用满足自由水面条件的格林函数建立了求解渗透海床绕射势的边界积分方程,采用高阶边界元方法求解边界积分方程进而得到自由水面的绕射势和波浪在局部渗透海床上传播过程中幅值的变化情况。通过与已发表的波浪对圆柱形暗礁的时域全绕射结果对比,证明了本文建立的频域方法计算波幅的正确性和有效性。利用这一模型研究了三维矩形渗透海床区域上波浪的传播特性,并分析了入射波波长、海床渗透特性系数等参数对波浪传播的影响。     

求解水波绕射问题的一个有效的无限单元

本文分析了远场绕射势的性质,提出了一个能反映远场绕射势的真实形式;并计算方便的无限元r方向的插值函数,它包括汉克尔函数渐近展开式的前二项。用这个无限元与内域有限元方法相结合,得到了非常好的精度,对垂直圆柱体来说,它与解析解相比,其相对误差只有10~(-4),对其它典型的例题也给出了很好的结果。     

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。     

双层直立圆弧型防波堤上绕射波浪力的解析计算

基于微幅波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了双层直立圆弧型透空防波堤的波浪绕射解析解,从而将已有的比例边界有限元法拓展为解析算法,并据此对外层与内层防波堤所受波浪载荷进行了解析计算。计算结果表明:应用本文方法对直立透空圆环柱的绕射波浪载荷进行验证计算,所得结果与现有的解析解完全吻合,说明方法可靠。双层堤较单层堤能更有效地减弱波浪作用。波浪的入射角度和特征参数、防波堤张角与半径、防波堤透空系数以及水深等因素的相对变化对双层堤的波浪作用均存在一定影响。     

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。     

直立浮式柱群波浪荷载计算

为了研究类似张力腿平台（ＴＬＰ）等海洋工程结构物的运动,浮式直立柱群的波浪荷载计算是十分重要的。应用匹配渐进和特征函数展开法得到单柱流场速度势的半解析解,再引入大间距假设,将柱群中某一柱体对其它柱体的扰动作用用平面入射波来代替。同时对该问题进行了非平面波修正,计入柱间水动力相互作用,解决了柱群的绕射问题。应用该方法计算了不同条件下的双柱波浪荷载的幅频特征。     

张力腿平台水动力参数计算

张力腿平台作为一种深水平台 ,其半顺应半固定的运动特征 ,成为在复杂的深海海洋环境中进行海洋石油勘探、开采一种重要结构型式。在张力腿平台波浪载荷的计算中根据产生波动流场的因素不同将波浪载荷分为绕射效应和辐射效应。本文对辐射效应深入研究并以附加质量、附加阻尼等水动力参数的形式计算了辐射效应对张力腿平台的载荷影响。在计算水动力参数时将平台简化为浮式直立柱群 ,采用势流理论 ,引进改进平面波法计入柱体间水动力相互作用得到辐射波速度势的半解析解 ,引入大间距假设、通过非平面波修正 ,精确地求解了柱群的辐射波的载荷作用     

三维二阶水波绕射问题的有限元时域计算

本文用有限元法配合时步处理来求解三维非线性水波的绕射问题,自由表面条件和物面条件都满足到二阶,采用人工阻尼区来吸收反射波,流场内的速度势通过求解有限元方程得到。对垂直圆柱体的绕射问题进行了计算,得到了自由表面波高时间历程和圆柱所受到的波浪力,计算结果和有关文献的理论计算结果进行了比较。     

深水Spar平台主体波浪载荷计算

用半解析方法研究孤立的截断的浮式Spar平台主体的一阶绕射问题,在入射波浪周期为4～40 s的范围内分别得到迎浪0(°)和45(°)角时的纵荡激励力、垂荡激励力和纵摇激励力矩图,得到的数值计算结果与MOSES和WAMIT应用软件计算结果一致.所得计算结果,可应用于Spar平台的运动计算.     

双淹没矩形体的透反射特性分析

采用解析方法研究了斜向入射波作用下双淹没矩形体的透反射系数特性.首先利用特征函数展开法导出了绕射势函数的分析解并进一步得到透反射系数的计算公式,然后利用边界元方法验证了解析解.与单个的淹没矩形体相比,双淹没矩形体在一定范围内有较高的反射系数.最后利用解析解分析了若干工况下的双淹没矩形体的透反射特性,给出了影响透反射系数的几何因素.     

双突堤波浪绕射的数学模型

双突堤是常见的一种防波堤布置型式。因此研究双突堤的波浪绕射数学模型和数值计算方法是有理论意义和实用价值的。本文引用数学物理方程中的单源点法,提出了两种双突堤波浪绕射的数学模型。本模型采用线性简谐波理论,假设水深为定值。     

矩形人工岛波浪爬高的数值模拟

本文基于线性绕射理论,提出了采用波源分布法计算矩形人工岛上波浪爬高的数值模型.在三种入射波向(α=0°、45°、90°)下进行数值计算,所得到的结果与整体模型试验的实测结果进行了比较,二者吻合较好.表明波源分布法是确定波浪爬高的一个有效方法,可为人工岛工程设计提供可靠的高度参数.     

V形防波堤与圆弧型防波堤之浅水波绕射作用的比较

应用椭圆余弦波的绕射理论，推导了V形防波堤的浅水波浪绕射解析解，从而对现有的Airy微幅波理论进行了有效拓展。据此理论对V形防波堤的浅水波绕射作用进行了解析计算，并与几何形状相近的圆弧型防波堤结果加以了对比。结果表明：椭圆余弦波理论计算的V形防波堤最大波浪力和最大绕射波面明显大于微幅波理论的对应值。本方法适用于张角180°的有限长直立薄壁防波堤的浅水波绕射作用计算，从而将无限长直立薄壁堤的反射波理论加以有效拓展。张角同为120°的V形堤与圆弧堤的堤后防浪效果相近，而180°圆弧堤的堤后防浪效果优于张角90°的V形堤。     

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。     

淹没矩形防波堤透反射系数特性研究

采用解析方法研究了斜向入射波作用下淹没矩形防波堤的透反射系数特性.首先利用特征函数展开法导出了绕射势函数的分析解和透反射系数的计算公式,然后利用边界元方法验证了解析解,在此基础上利用解析解分析了若干工况下的防波堤透反射特性.计算结果表明,淹没矩形防波堤截面的宽度、高度和相对位置以及入射角的改变都不同程度影响反射系数和透射系数.在中等深度条件下,对于一定频率的波浪,位置和尺寸适当的淹没矩形堤可以反射大部分斜向入射波.研究结果对设计淹没的矩形防波堤具有重要的参考价值.     

波浪与结构物作用分析的一种高阶边界元方法——自由项和柯西主值积分的直接数值计算

采用直接数值计算方法计算了势流问题高阶边界元方法中的自由项系数和柯西主值积分,建立了波浪与结构物作用的一种高阶边界元方法.通过算例研究了物体表面上固角系数的计算精度和不同网格剖分、不同阶高斯积分点对柯西主值积分的影响.对截断圆柱上的波浪作用力与解析解做了对比,发现本方法具有很高的计算精度,随网格的加密迅速收敛于解析解.