波-流场中孤立桩柱上作用力系数的研究

本文基于波-流场中的线性波理论和模型试验,探讨了在同向波-流场中的孤立桩柱及按莫里逊(Morison)公式计算波-流力时的作用力系数,提出了以波-流场特征系数为参数的相对速度力系数的计算公式,并根据试验中实测的最大波-流力值,用二元线性回归的数理统计方法,求得了拟合最佳的速度力系数和惯性力系数。     

不规则波和流对孤立桩柱共同作用力的计算

本文提出了用频谱法计算不规则波和同向水流对孤立桩柱共同作用力的方法。对计算波流力有关的统计量,如流中的波谱、速度谱、力谱和相应的均方根值等提出了计算公式。文中,用算例对系统的传递函数、力谱及波——流力的大小作了分析和比较。指出,在波——流场中建造桩柱结构物时,必须考虑波——流共同作用的动力响应.而采用谱法求不规则波和流共同作用力是较简单和适用的。     

带横隔板局部开孔沉箱在斜向波作用下的受力研究

基于线性势流假定,对斜向波作用下带横隔板局部开孔沉箱防波堤的水平波浪力进行了理论研究。给出了开孔沉箱法向水平力和横隔板受力的理论计算方法,在极限情况下波浪力的计算结果与文献中的已有结果一致。利用数值算例分析了开孔沉箱总水平力的主要影响因素。开孔沉箱法向总水平力的减小主要集中于结构上半部分波浪影响范围以内。增加单个开孔沉箱的长度有利于减小结构所受总水平波浪力。当波浪入射角或沉箱前开孔墙孔隙影响系数幅值较大时,开孔沉箱横隔板上总水平力的最大值要超过相应的沉箱法向总水平力,此时要注意横隔板的强度问题。     

用Morison公式试算海洋内孤立波对桩柱的作用力和力矩

根据实测流速资料采用Morison公式初步计算了海洋内孤立波对桩柱的作用力和力矩。内孤立波对桩柱的作用力与表面波的作用力是明显不同的。内孤立波的作用力几乎分布在整个深度范围；它在铅直方向不但有量值变化。也有方向改变——第一模态内波的作用力在桩柱的上、下部位作用方向相反。表面波对桩柱的作用力随深度的增大较快的衰减。且深度的改变不会使作用力的方向发生变化。计算结果表明：引起2．1m／s水平流的内孤立波对桩柱产生的总作用力约相当于300m波长、18m波高的表面波的总作用力；由于海洋内孤立波能引起很大的水平流，它对海上石油平台桩柱产生的总作用力以及相对于海面的力矩是不能忽略的。因此，在海上石油平台设计中应充分重视内孤立波的作用。     

明基床上开孔沉箱垂直力峰值对应的水平力分析

利用水槽二维物理模型对规则波及不规则波作用下明基床上开孔沉箱所受到的波浪力进行了较为系统的试验研究。分析了开孔沉箱总垂直力峰值时刻对应的总水平力与相对基床高度、消浪室相对宽度、波陡、相对水深以及开孔率等影响因素之间的关系,给出了明基床上开孔沉箱总水平力比值(总垂直力峰值时刻对应的总水平力/总水平力峰值)与各影响因素之间的计算关系式。研究成果可供实际工程参考应用。     

不规则波和流作用于圆柱上的正向力及横向力

本文研究了垂直圆柱体在稳定流与不规则波共同作用下的受力问题,给出了适用于这一流场下KC数的定义.本文利用Morison方程分析桩柱在不规则波和流共存场中受力的计算,给出了速度力系数C_d、惯性力系数C_m及横向力系数(C_L)_max及(C_L)_1/3随KC数的变化情况.本文还探讨了波流联合作用下横向力与合力特征值和正向力特征值的关系.     

圆柱墩群上的波浪力

本文根据Maccamy-Fuchs关于单个圆柱墩的微幅波绕射理论,在严格考虑不同墩间相位差的基础上,研究了双圆柱墩情况下的波浪绕射场,得出了柱面上各点的波压力,作用在单位高度高柱上的波浪力,柱群中各柱的波浪力及整个墩群上的总波浪力的计算公式。对于等径的双圆柱墩群,编制了VORTRAN程序WFFTP,可供设计之用。     

波浪谱在斜向流作用下的折射

本文根据二波向线间波浪作用通量守恒的原则,提出了在斜向流作用下,波浪频谱折射的分析方法和其计算程序WCINDS1,计算表明,谱分析法得出的结果较规则波分析法更为合理,在斜向流作用下频率各异的组成波,折射后的方向是不同的,此时可以谱峰频的方向角作为整个谱平均方向角的代表值.     

海底边坡稳定性分析中波浪力的求解

针对浅水区波浪的非线性特性,提出了在海底边坡稳定性分析中应用椭圆余弦波理论来研究波浪力的问题,利用非线性弥散关系建立了新的适用于整个水深范围的椭圆余弦波的近似求解方法.结合工程实例,确立了海底边坡波浪力的计算步骤,并编制了计算程序.     

不规则波作用下明基床上开孔沉箱垂直力分析

通过水槽物理模型试验,对不规则波作用下明基床上开孔沉箱所受到的波浪力进行了较为系统的试验研究,分析讨论了开孔沉箱总水平力峰(谷)值时刻对应的总垂直力与基床相对高度、开孔率、波陡、相对水深、消浪室相对宽度等影响因素之间的关系,并与暗基床的研究成果做了对比讨论,给出了明基床上开孔沉箱总垂直力比值(总水平力极值时刻对应的总垂直力/总垂直力极值)与各影响因素之间的计算关系式,研究结果可为工程应用提供参考。     

不规则波作用于垂直桩柱上的正向力

通过试验,研究了规则波,特别是不规则波作用于孤立桩柱上的正向力,通过测定桩上的总波浪力并利用时域最小二乘法和互谱分析法,研究了Morison公式中的系数C_D、C_M与KC数和雷诺数的关系及其随频率的变化,给出了规则波和不规则波作用下的C_D、C_M与KC数的关系曲线,此外,从波、力之间的相干数角度,对传递函数法计算不规则波浪力的适用范围也作了分析。     

波浪和水流对孤立桩柱共同作用力的计算

当波与流同向共存时,作用在孤立桩柱上的力将显著增加.例如,作用在某石油码头桩柱上的波-流力.将比无流时的波力增加2-3倍,可见,在海洋工程荷载计算中,必须正确考虑流的影响.     

风浪流中涡激共振对Spar型浮式风机运动响应的影响

以Spar型浮式风机为研究对象,研究涡激力对于浮式风机系统运动的影响。对多体动力学软件FAST进行二次开发,加入涡激力的计算接口,实现了在平台涡激、波激、空气动力载荷及系泊联合作用下的Spar浮式风机系统的运动响应的计算。计算了在风、浪、流联合作用下,频率锁定现象发生时,Spar基础的运动响应,分析了风浪下Spar风机运动响应的涡激运动特性,并研究了不同的入流角度的影响。结果表明:考虑涡激力后,Spar基础的横荡运动明显增大;风浪流同向时,风浪的存在会抑制流载荷引起的横荡在涡泄频率的运动;在流与风浪垂直时,会激发Spar基础的更大的纵荡运动响应。     

近岸区域波流耦合作用的数学模型

本文提出了一个讨论近岸波浪和波生流耦合作用的二维数学模型。在波浪场中运用波数矢量无旋和波作用量守恒方程求解波浪在波生流作用下的折射、绕射变形,以辐射应力作为波生流场的驱动力,考虑地转柯氏力和海底底摩擦的作用。文中采用Dingemans（1987）的地形对波流耦合作用进行了分析。数值计算结果表明波流耦合作用对近岸波浪场和波生流场的影响比较显著,在工程实际上应当综合考虑波流耦合问题。     

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.     

方形墩柱上的非线性波浪荷载

本文应用积分方程和时间步进法,考虑了在以流函数理论为基础的非线性规则波作用下,方形墩柱结构上的非线性波浪力和力矩。已有的一些结果表明本文计算值与一些实测结果吻合良好。文章给出了一些可供一般工程设计参考数值计算结果和经验公式。     

波浪漫滩边界对波生流数值计算的影响

波浪漫滩是近岸波浪的小尺度运动,在实际海域的波生流数值计算中通常被忽略。本文基于Boussinesq方程的FUNWAVE模式,分别采用波浪漫滩边界、固壁边界、海绵边界进行Haller波浪港池物理模型实验的数值模拟,比较三种边界计算结果与实验观测数据的误差,检验波浪漫滩边界对波生流数值计算的影响;然后设计了多种周期、波高的波生流数值模拟试验,分析多种波浪入射条件下波浪漫滩边界对近岸波生流数值计算的影响。结果表明,波浪漫滩对邻近区域波生流有明显影响,漫滩边界下的波生流计算结果更接近实验观测值,在近岸波生流数值模型中引入波浪漫滩边界可以提高波生流计算精度。     

非结构化网格下大范围波生流模拟和应用

波浪破碎引起的沿岸流是近岸海域的关键水动力因素。利用基于缓坡方程得到的光程函数方程和波作用守恒方程建立了考虑绕射效应的大范围波浪传播模型,模型可以考虑流场的影响;将波浪模型计算得到的辐射应力、波浪紊动系数等参数添加到三维水动力模型中,得到大范围近岸波生流的计算模型。模型中流场和波浪可以共用计算网格,且可同步耦合计算;模型基于非结构化网格,可以拟合复杂岸线的变化。模型对波生沿岸流、环流和逆流进行了验证,同时对实际海域的波生流进行了计算,结果表明:该模型对近岸波浪破碎引起的波生流具有很好的精度和适用性,可用于实际工程的计算。     

弧形防波堤波浪力试验研究

在圆筒形防波堤和V形防波堤的基础上,结合离岸堤后形成V形和半圆形连续出现的韵律海岸的地貌平面形态特点,提出一种前墙为连续的半圆筒形防波堤形式。通过在波浪水槽内进行规则波物理模型试验,探究这一新型防波堤的波压力分布规律及波高、周期、水深等因素对波压力的影响。将试验结果与海港水文公式和合田良实公式计算的理论值对比分析,给出了以合田良实公式的折减系数来拟合新型弧形防波堤波浪总水平力的计算公式。结果表明:新型弧形防波堤上的波压力随波高、周期的增大而增大,其水平波浪总力比同等尺度直墙少10%左右。     

海上人工岛在地震作用下动水压力研究

海上人工岛的地震载荷主要是地震惯性力和动水压力.本文根据人工岛结构与流体相互作用的特点,应用线性势流理论,用解析方法推导出地震作用下大尺度水下圆柱体的动水压力解析解,从而可求出圆形人工岛岛体表面上任意一点的动水压力、岛体分层单位高度上的动水压力、总动水压力以及岛体动水压力沿铅直方向和水平面上的分布,以满足人工岛结构计算和整体性能计算的需要.本文利用推导的公式和编制的程序对我国第一座浅海石油勘探开发人工岛实例进行计算分析,取得良好的成果.