开孔沉箱式结构内部波浪冲击压力试验研究

为研究在不同比尺模型下,透空式海洋结构中开孔沉箱内部受力与入射波浪的关系及差异,针对简化的上部开孔箱体海洋结构,选取两组不同尺寸模型进行了多组规则波物理模型试验。首先采用低通滤波方法分析了冲击力的不同组分,然后对比了两组模型内部所受冲击力的分布及波要素与箱体内部受力的关系。研究发现,波面对开口的淹没程度是影响冲击过程的主要因素;当模型尺寸发生变化时,开孔箱体内部所受波浪力与入射波要素的关系也发生了变化。     

开孔率对明基床上开孔沉箱波浪反射系数影响的数值研究

开孔率是开孔沉箱波浪反射系数的重要影响因素,迄今为止关于开孔沉箱的物模试验研究成果(包括《防波堤设计与施工规范》)中,开孔率μ通常以线性关系反映在开孔沉箱波浪反射系数的计算关系式中,适用范围为0.2~0.4。但当μ0.2或μ0.4时,开孔率μ对波浪反射系数Kr的影响规律尚需进一步的研究探讨。现借助二维数值波浪水槽,在扩大了的开孔率取值范围内,模拟不规则波与可渗明基床上开孔沉箱的相互作用。结果表明:在0.2≤μ≤0.4的范围内,用线性关系描述开孔率μ对波浪反射系数Kr的影响是合适的;在μ0.4时,数模值和物模试验拟合的经验关系式的趋势是一致的;在μ0.2时,开孔沉箱反射系数K_r随开孔率μ的减小而增大,用物模试验拟合的经验关系式及《防波堤设计与施工规范》中计算公式的线性关系来描述开孔率μ对反射系数K_r的影响是不恰当的。研究成果对开孔沉箱消浪机理的深入认识和开孔沉箱结构的优化设计具有重要意义。     

明基床开孔沉箱不规则波反射系数试验研究

通过二维波浪水槽物模试验,在考虑消浪室相对宽度、相对水深、相对波高、开孔率对反射系数的影响基础上,针对明基床开孔沉箱的工程应用,引入相对基床高度新的影响因素,通过控制单一变量原则分析各因素和反射率的关系,采用多元回归给出明基床开孔沉箱不规则波浪反射系数的计算公式,对明基床开孔沉箱的消浪机理进行了有益的探索,研究成果为工程设计及应用提供了一种简捷可靠的计算方法。     

波浪作用下开孔沉箱疲劳与承载能力研究

开孔沉箱孔洞周围存在以三轴循环应力为特征的复杂承载区,其中混凝土损伤速度远大于单轴应力条件,局部疲劳损伤快速累积使结构整体承载能力迅速下降。考虑迎浪面入射波浪与消浪室内反射波浪的循环作用,针对开孔区域复杂应力状态下的疲劳损伤问题,基于不可逆损伤力学发展的数值计算方法模拟开孔板疲劳过程,得到循环荷载作用下不同类型开孔板的损伤演化历程,并计算损伤后整体结构极限承载力大小,通过综合对比孔洞损伤发展规律和结构极限承载能力,建立了疲劳作用下开孔沉箱极限承载能力判断依据。现有规范依据设计使用年限、波浪条件、作用效应组合等确定材料与结构强度,但并未充分体现开孔结构的优势与承载特点,在此基础上文中补充了开孔结构的优化设计以及实际寿命判断。     

有顶板开孔沉箱所受波浪力的数值分析

利用流体体积(VOF)方法并结合k-ε模型以及等温状态下的气体状态方程数值计算规则波对有顶板开孔沉箱的作用,将数值计算结果与物理模型试验数据分别对总水平力、前开孔板和后实体板的压力分布以及顶板总力等物理量进行对比,验证了所建立的数学模型和数值计算方法的有效性和可靠性,为分析有顶板开孔沉箱的波浪力提供了有效的计算方法.     

开孔沉箱结构消浪效果和水动力特征试验探究——以日照港岚山港区码头为例

由于开孔前墙和消浪室具有强扰动作用,所以开孔沉箱结构具有很好的消浪效果。本文通过日照港岚山港区码头开孔沉箱结构的物理模型试验,研究了沉箱不同开孔位置的消浪效果和水动力特征,分析了不同方案的反射系数和越浪量。结果表明：水位对反射系数的影响较大,开孔位置较高的方案,其消浪性能较好,且越浪量较小。选择反射系数和越浪量均较小的设计方案进行了水动力试验,结果表明：水平力最大时对应的浮托力约为最大浮托力的60%;浮托力最大时对应的水平力约为最大水平力的75%;波浪对开孔沉箱的作用主要集中于外壁迎浪侧,内部结构受到的波浪力很小;第二消浪室波浪力小于第一消浪室。     

斜向波与带填料开孔板式防波堤相互作用的研究

基于线性势流理论,对斜向波与消浪室内带部分填料的开孔板式防波堤结构的相互作用进行了理论研究.利用匹配特征函数展开法给出了开孔防波堤结构反射系数和波浪力系数的理论计算方法,在极限情况下的计算结果与已有结果一致.利用数值算例分析了开孔结构反射系数和波浪力系数的主要影响因素.增加消浪室内填料厚度通常可以降低开孔墙结构的波浪力系数,加大结构的反射系数.随着波浪入射角度的增加,带填料防波堤结构的反射系数值先减小,达到最小值后又单调增加.     

波浪对上部开孔带内柱的圆筒结构的绕射

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和特征函数展开方法,建立了外壁上部开孔并带有内柱的圆筒结构对波浪绕射的解析解.通过数值计算研究了外壁开孔率的大小、圆筒与内柱半径之比、筒内水深等因素对圆筒上总的波浪作用力和圆筒周围波浪高度的影响.经数值研究发现随着外壁开孔率的增大圆筒迎浪端的波浪高度和圆筒结构上总的波浪力明显减小,外壁孔隙特性G虚部的增加对波高和波浪力的衰减也有一定的影响;增加圆筒内部的水深可减小圆筒周围的波浪高度,降低圆筒结构上的总波浪力.     

新型开孔工字板组合式防波堤波浪力特性试验研究

开孔工字板组合式防波堤是基于透空板式防波堤的一种新型结构形式,具有自重轻、材料省的特点。为充分了解新型开孔组合式防波堤的受力特性,基于室内水槽物理模型试验,测量新型开孔工字板组合式防波堤上的波压力与结构总力,研究相对波高H/d、相对波长L/B对该新型防波堤结构表面压力的影响,讨论了该新型防波堤所受波浪力荷载与相对波高H/d、相对波长L/B的关系。结果表明,相对波高H/d是决定新型防波堤结构表面波压力和结构总力的主要影响因素。该新型防波堤结构波浪力荷载以垂直方向受力为主,新型防波堤结构所受竖向总力远大于水平总力,最大可达到15倍。新型防波堤水平总力随相对波长L/B先增大后趋于稳定。相对波长L/B=3.617是防波堤结构水平总力变化幅度的分界点。     

宽带波浪载荷下海洋结构物内应力范围及疲劳损伤分析

研究短期海况中海洋结构物在宽带波浪载荷作用下交变应力过程中的应力范围的概率分布及结构疲劳损伤问题.首先从应力的功率谱密度出发,利用小波变换作为工具,对应力过程进行模拟.然后用雨流计数法识别出应力过程中对结构造成疲劳损伤的应力范围,并用Weibull分布对应力范围的分布进行了拟合;最后给出了应力范围服从Weibull分布时结构疲劳损伤的计算方法.     

双层局部开孔板沉箱对波浪反射的理论研究

提出了一种用于研究由双层开孔板和一个不透水后板的开孔结构对斜向波反射率的理论分析方法。整个流域被分成三个子域，在每个子域内应用特征函数展开法以得到该域内包含未知展开系数的势函数的表达式，在速度势的展开中，考虑了非传播模态波浪的影响。通过匹配开孔板处的边界条件可以求解待定的展开系数，继而求解双层开孔板防波堤结构对斜向波的反射率。数值计算结果与试验结果进行了比较，符合较好。并进一步讨论了几个重要因素对反射系数的影响。     

不规则波与开孔沉箱相互作用数值模拟

采用三步有限元法对N-S方程进行离散,同时借助CLEAR-VOF方法追踪流体自由表面,利用主动吸收式造波等手段改进了二维不规则波浪数值水槽,使得水槽中的波浪谱与目标靶谱吻合较好。进而建立了不规则波浪与开孔沉箱作用一种新的数值模式,分析研究不规则波作用下开孔沉箱的反射率,并与现有的物模结果和数模结果进行了对比,为不规则波与开孔沉箱作用问题的研究,探求了一种新的数值手段。     

The force of oblique incident wave on the breakwater with a partially perforated wall

1 IntroductionRecently breakwaters with perforated front wallshave been widely used. The use of perforated break-waters mainly has two advantages. Firstly, wave forcesacting on the whole structure can be divided into twoparts on two different walls with a phase difference.To select the distance between the two plates suitably,the total wave force on the whole structure can bemaintained at a low level. Secondly, waves will dissi-pate when they transmit over a porous medium. Thus,the reflection…     

开孔沉箱与斜向波作用的理论研究和实验验证

应用透空壁内流体速度与壁两侧的压力差成正比的线性模型,研究了无限多个开孔沉箱在斜向波作用下的反射问题。整个流域被分成无限多个子域,在每个子域内应用特征函数展开法对速度势进行展开。对于沉箱内的波浪运动,根据沉箱位置引入相位差概念。在构造反射波模型时,考虑了结构物几何形状周期性的影响。结果表明,当孔隙系数无限大时,开孔墙前后的速度非常接近,反射系数符合能量守恒定律。在低频入射波作用下,沉箱越短,其反射系数越小,反射系数随着角度的变大而减小。     

基于SPH方法的开孔沉箱比尺效应研究

由于在前壁上设置了尺寸较小的孔,开孔沉箱受流体黏性力作用显著,依照弗劳德数相似准则设计模型存在比尺效应。为揭示比尺效应,建立了模拟波浪与开孔沉箱相互作用的光滑粒子流体动力学(SPH)模型。其中流体运动由连续性方程和Navier-Stokes方程控制,固壁边界由改进的动力边界粒子施加。模型收敛性通过分析不同粒子分辨率下的波浪反射系数得到,模型精度通过比较计算与理论波浪反射系数证明。使用经过验证的SPH模型,计算并比较了不同几何比尺和开孔率下开孔沉箱附近的涡量场、箱体外侧的波面时程曲线和波浪反射系数。结果表明,随着模型几何比尺的减小,开孔沉箱受到偏大的流体黏性力,致使更多波能在湍流运动中耗散,进而减小了波浪反射系数并降低了箱体外侧的波面高度。     

The theoretical study on diagonal wave interaction with perforated-wall breakwater with rock fill

The interaction of diagonal waves with perforated-wall breakwater partially filled with rock fill is studied using the linear potential theory. By means of the matched eigenfunction expansion method, an analytical method is presented to calculate the reflection coefficient and the wave force coefficient of the breakwater. The calculated results of the reflection coefficient for limiting cases are the same to the existing results. The main effect factors of the reflection coefficient and the wave force coefficient are analyzed by numerical examples. With the increasing of thickness of rock fill, the wave force coefficient on the perforated wall generally decreases, while the reflection coefficient increases. With the increasing of the incident angle of the wave, the reflection coefficient of the breakwater first decreases, reaches its minimum, and then increases monotonously.     

斜坡堤典型胸墙波浪力影响因素的试验与分析

为探求斜坡堤典型胸墙迎浪面所受波浪力大小的影响因素,设计前仰式、深弧式、后仰式和直立式四种结构型式胸墙进行相关的物理模型试验。通过在典型胸墙迎浪面间隔布置压力测点获取所受波浪压力,并将其进行积分求和得到胸墙所受波浪力,进而讨论相对波高(H/d)、相对波长(L/d)、斜坡坡度和胸墙结构型式对波浪力的影响。试验结果表明：相对波高与相对波长对胸墙所受波浪力影响显著。波浪力随着相对波高的增大而增大,随着相对波长的增大呈现先增大—后减小—再增大的变化趋势。波浪力随着斜坡坡度的增大而减小。斜坡堤弧形胸墙所受波浪力明显大于直立式胸墙所受波浪力;在斜坡堤弧形胸墙中,前仰式胸墙受力较其余两种型式胸墙受力小。研究结果将加深波浪对斜坡堤胸墙作用力的理解,为后续工程设计提供理论指导。