平台沉垫波浪力工程计算与坐底稳定性

坐底式平台的沉垫,由于其尺度较大,一般可用绕射问题求解方法中的半解析法和数值计算法,比较准确地获得作用其上的波浪力值。然而在工程实际中,尤其是在平台方案论证和初步设计时,常需要能较快地估算出平台的波浪载荷。因此,本文应用F—K法进行求解,推导出实用的沉垫水平与垂直波浪力的工程计算公式。并且根据一系列模型试验来确定附加的绕射效应和质量效应,据此编制程序的计算结果与国外发表的有关资料相当接近。文中给出了一个平台的计算实例。此外,本文还对沉垫垂直波浪力对平台坐底稳性的影响进行了分析。     

张力腿平台内孤立波作用特性数值模拟

依据三类内孤立波理论KdV、eK dV和MCC的适用性条件,采用Navier-Stokes方程为流场控制方程,以内孤立波诱导上下层深度平均水平速度作为入口边界条件,建立了两层流体中内孤立波对张力腿平台强非线性作用的数值模拟方法。结果表明,数值模拟所得内孤立波波形及其振幅与相应理论和实验结果一致,并且在内孤立波作用下张力腿平台水平力、垂向力及力矩数值模拟结果与实验结果吻合。研究同时表明,张力腿平台内孤立波载荷由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,其中摩擦力很小,可以忽略;水平力的主要成分为波浪压差力和粘性压差力,粘性压差力与波浪压差力相比较小却不可忽略,流体粘性的影响较小;垂向力中粘性压差力很小,流体粘性影响可以忽略。     

波浪中锚泊半潜式平台的运动

本文在时间域内研究了锚泊半潜式平台在波浪中的运动。运动微分方程中计入了非线性粘性阻尼力、系泊力和二阶横漂力,并采用Newmarksβ方法求解.文中分別讨论了非线性系泊力和二阶横漂力对平台运动的影响。计算结果与已发表的试验结果比较,其吻合程度是令人满意的。     

自升式平台的非线性随机波浪载荷响应

本文对受随机波浪载荷的自升式平台结构非线性随机响应,在时域内作了动态分析。分析中考虑了平台桩腿与海底间的相互作用,用随机模拟的方法产生随机波浪外载荷,并考虑了Morison 力中的非线性,在时域内采用 FFT 法进行了动态响应计算。给出了自升式平台 Dyvi-Gama 在随机波浪载荷作用下的非线性随机响应的极值响应结果,并对所得极值作了若干随机分布分析,指出在所分析的结构响应中考虑非线性因素的情况下,几种分布中,唯有冈贝尔(Gumbel)分布较好地描述了其极值分布特征。     

三阶Stokes型随机波浪载荷谱研究

应用非线性谱分析理论，对三阶Stokes型随机波浪载荷谱进行了分析，将波面方程及海水质点的水平速度用一阶波面的非线性组表示，导出了随机波浪谱的表达式。为了便于求解随机波浪的载荷谱，将阻力项展开为幂级数式，并应用非线性谱分析理论，确定了幂级数的系数，进而将波浪载荷表示为一阶波面及其导数的非线性组合，最后得出波浪载荷谱密度的表达式，并应用数值分析方法，得出单位桩柱波浪力及总波浪力谱密度。     

沉垫支承自升式钻井平台在漂浮状态下的稳性

根据沉垫支承自升式钻井平台的船型特征,本文讨论该类平台在漂浮状态下的几个稳性问题;任意风向风力作用下的完整稳性;在升降过程中沉垫与上船体的间隙的变化对平台稳性的影响;沉垫的存在对平台在波浪中的运动与稳性的影响。此外,还对若干与稳性衡准有关的问题进行了讨论。所得结果有助于设计者改善该类平台的稳性,有助于制订该类平台合理的操作指南,提高平台的使用安全性。     

基于非线性能量阱的随机波浪载荷下导管架海洋平台的振动控制

海洋平台受到波浪等海洋环境的影响会产生明显而持续的振动,这些振动会造成平台结构疲劳损伤,影响平台上工作人员的舒适性与安全性。研究了随机波浪载荷作用下非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink, NES)对固定式导管架海洋平台振动控制问题,并与调谐质量阻尼器(TMD)进行对比分析。通过建立NES—海洋平台系统动力学模型,从降低平台位移响应均方差的角度对NES的参数进行了优化设计,确定了随机波浪载荷作用下NES和TMD的最优参数。考虑结构刚度变化的问题,对NES和TMD的减振性能、系统瞬时能量传递和平台响应小波变化时频谱进行了对比分析。结果表明,NES可有效降低平台的在随机波浪载荷作用下的位移响应,NES中的瞬态共振俘获现象可使平台与NES之间产生靶能量传递(Targeted energy transfer, TET),与TMD相比较NES对刚度变化的鲁棒性更强。     

基于深度学习的随船波浪测量技术研究

深海极端波浪环境为浮式海洋平台作业时最为关键的海洋动力环境之一。在其作用下,深海浮式平台的运动、气隙以及结构响应等均为近年来的研究热点。然而,在深海环境中,入射波浪环境往往通过X波段雷达进行测量,仅能获得波浪的短时统计值,极大限制了实海域浮动平台动力响应的研究。目前,尚无成熟的方法能够对海洋浮式平台所处海域的入射波时序进行实时测量。针对深远海半潜式平台的波浪时序随船测量问题,结合平台气隙响应与运动响应数据建立基于深层神经网络的波浪非线性解耦模型,准确估计辐射、绕射波浪以及其非线性成分对时序波浪场的影响。研究显示,基于深度神经网络的波浪时序测量技术可以实现从气隙响应到入射波信息的反推,利用该方法计算得到的波浪时序具有较高的精度。     

连云港淤泥质海床上波浪衰减研究──实验、观测及理论模型比较和评价

本文对连云港淤泥质海床波浪衰减问题通过室内实验、现场观测和理论模拟进行了综合研究，重点介绍了四种典型理论模型（粘性模型、粘弹性模型、宾汉模型及多孔介质模型），并通过与实验和现场观测结果的全面综合比较，对这些理论模型用于研究连云港地区波浪衰减规律的适用性进行了分析讨论。本文最后指出，针对连云港实际情况今后需要着重研究和发展波浪与淤泥底相互作用的非线性理论模型。     

固定式海洋平台非线性动态响应分析

固定式海洋钢结构平台必须考虑到流体—结构—桩—土的相互作用。桩基式海洋平台是一种大型复杂结构系统,通常包括平台及其上部设备并支持在导管架上,用一组桩通过导管架的腿打入土壤中把它固定在海底。作用在这一结构系统上的有波浪、风、流、设备运行、地震等动载荷。其中以波浪载荷为最重要。对于固定式结构,结构的速度相对于水质点速度不可忽略,因而使波浪力呈非线性性质。桩—土相互作用可用分布的弹簧来表示,其刚度变化根据p-y曲线呈非线性。大多数结构设计在设计载荷下材料处于弹性范围,但在强地震和风暴下允许材料进入非线性而不致结构破坏。本文将一种模态综合技术和模态叠加方法推广应用于研究这一系统的非线性响应分析,假设系统受到规则波作用,波浪力可由波浪理论对给出的设计波算出。采用直接积分法对减缩的动力方程求解,非线性作为伪力矢量移置到方程右端。这样大大节省了计算机存贮及机时。迄今为止,非线性系统的动力分析问题藏缩方法为数有限,由于预测大型复杂结构系统非线性响应耗费巨大的机时相价值昂贵,这一工作显得特别重要。最后由计算程序DAPOS给出的算例表明这一方法的优点并卓有成效。     

Run-up of surface waves on a sea wall built on a convex bottom profile

Wave run-up on a sea wall built on a convex bottom profile is studied in the framework of linear shallow water theory. When the wall is located in “deeper water,” a wave is reflected from the wall without changing its shape and phase, which is fully consistent with classical considerations. If the wall is shifted towards the shore, the shape of the wave changes in a complex way. Note that the wave phase changes to the opposite in the limiting case when the wall is located right on the shore. The role of nonlinear effects is studied by means of numerical simulations using nonlinear shallow water theory. It is shown that the contribution of nonlinear effects and breaking is high on a convex-shaped beach, which makes the structure of the wave field rather complicated.     

风暴潮对海浪影响的数位研究

采用第三代海浪模式和线性全流风暴潮模式计算封闭海域内风暴潮对风浪的影响。海浪模式中包含水深变化及平均流变化引起的波浪绕射项。计算了不同风速和不同静水深情况下风暴潮引起的风浪波南的变化。计算结果表明：静水深为１０ｍ及风速为３０ｍ／３时，风暴潮引起的风浪波高的相对变化的最大值达３９％；而静水深超过４０ｍ时，即使风速为４０ｍ／ｓ，风暴潮引起的风浪波高的相对变化的最大值小于５％。     

近岸浅水波的计算

采用理论推导与实验资料验证相结合的方法对近岸浅水波衰减计算进行研究。研究表明，波浪与浅水区运动传播衰减是各种能耗共同作用的结果，为此总结了分子粘性能耗、湍流能耗、底部渗透能耗、底部摩擦能耗、软泥海底弹性能耗等，由建立波能流平衡方程出发进行理论推导，得出各种能耗影响下波浪衰减的计算公式，并将该理论公式与作者１９８０年波浪水槽试验资料比较，两者基本吻合，可适用于线性及非线性各种波能耗情况的计算。     

基于非静压模型的非淹没刚性植物消波特性数值模拟研究

基于非静压单相流模型NHWAVE,设计不同的计算工况,系统研究了规则波与非规则波作用下,非淹没刚性植物的消波特性。将计算结果和实验数据进行对比分析,验证了非静压模型NHWAVE计算植物消波特性的准确性。进一步研究了波高、周期和水深等因素对植物消波特性的影响,探讨了植物消波特性与这些水动力因素的内在联系。结果表明:非淹没刚性植物的消波效率受波高和周期的影响较大,水深对消波效率的影响很小。由于波浪非线性的影响,基于线性波理论的消波理论模型对植物消波能力的估计偏小。     

A Finite Element Solution of Wave Forces on Submerged Horizontal Circular Cylinders

In this paper, a numerical model is established for estimating the wave forces on a submerged horizontal circular cylinder. For predicting the wave motion, a set of two-dimensional Navier-Stokes equations is solved numerically with a finite element method. In order to track the moving non-linear wave surface boundary, the Navier-Stokes equations are discretized in a moving mesh system. After each computational time step, the mesh is modified according to the changed wave surface boundary. In order to stabilize the numerical procedure, a three-step finite element method is applied in the time integration. The water sloshing in a tank and wave propagation over a submerged bar are simulated for the first time to validate the present model. The computational results agree well with the analytical solution and the experimental data.Finally, the model is applied to the simulation of interaction between waves and a submerged horizontal circular cylinder.The effects of the KC number and the cylinder depth on the wave forces are studied.     

WAVE FORCE ON PIER GROUP

In the case of pier-group structures in offshore engineering construction, the calculation of wave forces on piers is quite complicated due to the wave scattering effect on the piers in group. In this paper, the diffraction problem of two piers with unequal diameters is studied and formulas for calculating wave forces on piers are given on the basis of MacCamy-Fuchs linear wave diffraction theory with a strict consideration on the phase difference between the piers in a pier-group.     

韩国海岸港口工程概况

简要介绍了韩国海岸和海洋环境、港口发展、海岸和港口工程的有关机构和团体，并综述其近年来海岸动力方面研究的课题和成果。内容包括海洋动力因素、海岸波浪观测和设计波浪的确定、波浪的传播变形、不规则波理论、非线性波和波浪破碎、波浪与建筑物相互作用、泥沙运动、海岸演变和环境影响分析等方面。     

An Oscillating Wave Energy Converter with Nonlinear Snap-Through Power-Take-Off Systems in Regular Waves

Floating oscillating bodies constitute a large class of wave energy converters, especially for offshore deployment. Usually the Power-Take-Off (PTO) system is a directly linear electric generator or a hydraulic motor that drives an electric generator. The PTO system is simplified as a linear spring and a linear damper. However the conversion is less powerful with wave periods off resonance. Thus, a nonlinear snap-through mechanism with two symmetrically oblique springs and a linear damper is applied in the PTO system. The nonlinear snap-through mechanism is characteristics of negative stiffness and double-well potential. An important nonlinear parameter is defined as the ratio of half of the horizontal distance between the two springs to the original length of both springs. Time domain method is applied to the dynamics of wave energy converter in regular waves. And the state space model is used to replace the convolution terms in the time domain equation. The results show that the energy harvested by the nonlinear PTO system is larger than that by linear system for low frequency input. While the power captured by nonlinear converters is slightly smaller than that by linear converters for high frequency input. The wave amplitude, damping coefficient of PTO systems and the nonlinear parameter affect power capture performance of nonlinear converters. The oscillation of nonlinear wave energy converters may be local or periodically inter well for certain values of the incident wave frequency and the nonlinear parameter , which is different from linear converters characteristics of sinusoidal response in regular waves.     

Nonlinear features in wave-resolving microwave radar observationsof ocean waves

Transformation of sea-surface Doppler microwave backscatter observations from the space-time domain to the wavenumber-frequency domain separates linear wave energy from nonlinear effects. Here observations and modeling are used to investigate the sources of these nonlinearities. Wave breaking and electromagnetic shadowing are examined with emphasis on their relative effects both inside and outside the region of the wavenumber-frequency spectrum associated with the linear dispersion equation. Shadowing significantly reduces the variance levels within the linear spectral region. In addition, shadowing is less directly related to changes in variance outside this region, i.e., that region associated with nonlinearity in the wave field. Wave breaking has less of an effect on the variance within the linear region than shadowing. However, the modeled wave breaking does have a greater tendency to increase variance levels at frequencies less than that of the linear wave field, for any given wavenumber. Aliasing and emphasis of crest backscatter are also explored to explain features seen in some wavenumber-frequency intensity images. Two-dimensional data allow the linear wave spectrum to be separated from nonlinear effects. This results in improved wave height spectrum estimation     

双消浪室局部开孔沉箱防波堤反射特性的理论与试验研究

双消浪室局部开孔沉箱防波堤具有低反射、结构受力小、适宜较大水深和工程造价低等优点。为明确双消浪室局部开孔沉箱水动力特性的主要影响因素,采用理论分析和物理模型试验相结合的方法,对规则波和不规则波作用下双消浪室局部开孔沉箱防波堤的反射特性进行研究。基于势流理论,建立规则波和不规则波对局部开孔沉箱防波堤作用的三维解析解,采用二次压力损失边界条件考虑沉箱开孔墙对波浪运动的影响,利用周期性边界条件考虑防波堤结构沿长度方向的周期性变化。开展相应规则波和不规则波物理模型试验,验证理论模型的合理性。通过算例分析,研究不同波浪要素和结构参数对防波堤反射特性的影响。研究表明:双消浪室局部开孔沉箱相对消浪室宽度取值为0.08~0.20,沉箱前墙开孔率大于后墙开孔率时,防波堤在较大波浪频率范围内消波效果显著;当前后墙的开孔率相等时,防波堤反射系数的最小值随着开孔率增大而减小。