波浪力数值分析中的一种新的无限单元法

本文研究了波浪力数值分析中的有限元-无限元方法(Finito-iuifinite Elomont Me-thod)。提出了一种新的无限单元。这种单元的形函数中,含育第一类零阶汉克尔函数,比以往采用的 e~(-r/L)e~(tkr)型无限单元更符合物理意义且计算简便。本文对水深为常数的可化为 x-y 平面的二维波浪力问题,推导了这种 H_0~((1))(kr)型无限单元的计算公式。应用本文推荐的有限元一无限元方法,设计了计算任意截面形状柱体所受波浪力的计算机程序。数值算例表明,本文的结果与理论解或其它数值方法给出的结果吻合很好。     

基于粘性流模型的筒型基础防波堤波浪力数值分析

筒型基础防波堤是一种新型港口海岸工程结构,其基础上部是由连续排列的圆筒构成的直立防浪墙.采用粘性流数值模型,研究连续圆筒防波堤上波浪力竖向分布、水平(沿圆筒环向)分布和波浪力合力特性,并对粘性流数值模型计算的平面直墙波浪力与海港水文规范方法计算结果;粘性流数值模型计算的连续圆筒墙面波浪力与平面直墙波浪力;无限长连续圆筒墙面波浪力与有限长连续圆筒墙面波浪力进行比较分析.针对所选工程算例,建议按<海港水文规范>中平面直墙波浪力计算方法确定连续圆筒防波堤上的波浪力时,波峰时考虑0.90左右的折减系数,波谷时考虑0.95左右的折减系数.     

三维随机波浪对桩柱的作用

试验研究了三维随机波浪作用于垂直圆柱上的作用力.采用二维波浪的方法计算三维波浪力,研究了各波力系数随ＫＣ数和波浪方向分布的变化规律,并对三维波力和二维波力进行了对比分析.     

消除"不规则频率"的非连续高阶元方法

针对使用边界元法计算波浪与结构物相互作用时所出现的“不规则频率”现象，采用连续高阶元和部分非连续高阶元对通过修改积分区域所获得的边界积分方程进行离散，有效地消除了“不规则频率”现象的发生。波浪作用下的截断圆柱所受到的水平波浪力和垂向波浪力的数值计算结果验证了该方法的有效性，同时考虑了非连续单元配置点的选择及单元划分数目对消除效果的影响。     

无限水深下波浪与二维水面物体作用的简单格林函数方法

针对无限水深下波浪与二维水面物体相互作用问题,传统的波浪格林函数形式复杂、计算缓慢,为了提高计算效率和计算精度,将流域分为物体周围的内域及远离物体的外域,内域采用简单格林函数法,外域采用多极子展开方法,通过内外域边界匹配,耦合求解得到流域中任意一点的速度势,并可计算物体在波浪作用下的波浪激振力、附加质量、辐射阻尼及透射和反射系数。应用该方法计算了二维水面漂浮半圆和水面漂浮方箱的算例,数值计算结果表明,该方法可以方便、准确、快速地计算无限水深下波浪与任意漂浮物体的作用问题。     

波浪作用下海床的有效应力分析

波浪作用下海床的稳定性分析是海洋工程地质评价的重要内容。海床的稳定性可通过计算分析其随时间变化的有效应力场来评估。本文建议了一个周期荷载作用下土体的本构模型 ,并用于计算波浪作用下海床的应力与变形。采用Biot固结理论和有限单元法 ,分析了海床的动态应力场与孔隙水压力场。波浪作用下两种渗透系数时有效应力的动态变化过程结果对比 ,反映了渗透消散作用对海床有效应力变化的影响     

双边多单元造波机造波性能分析

由若干独立摇板组成的多单元造波机是实验室研究波浪及其与海洋工程结构物相互作用的重要设备。由于单元摇板宽度和波浪周期对斜向波浪模拟方向角的限制、斜向波浪模拟引起的杂波和三维短峰波浪模拟的有效实验区范围等,是影响多单元造波机波浪模拟质量的关键问题。通过对海洋深水池双边多单元造波机性能的分析,获得了波向角与规则波浪周期的关系,避免杂波产生的波浪周期范围和三维短峰波浪有效实验区的范围。分析结果对于海洋深水池高质量模拟波浪并为海洋工程结构物模型试验提供良好的波浪环境条件具有重要意义。     

基于实测波浪的单桩式海上风电基础波浪力计算研究

基于实测波面的波浪力获取作为结构动力响应分析以及数字孪生模型建立的必备环节,对海上风电数字化运维至关重要。为了满足更大的装机容量需求,单桩式海上风电基础趋于大型化,其尺度因子D/L也随之增大;并且实际海域均为非规则波,以尺度因子划分波浪力计算理论的方法对非规则波的适用性尚不明确。通过建立数值水槽,依据实际工况对不规则波与桩基的作用进行数值模拟,得到入射波浪场与桩基所受波浪力,在此基础上,基于入射波浪场分别采用Morison方程以及绕射理论求解波浪力并将之与数值模拟结果进行对比,分析了不同波浪力计算理论关于尺度因子的适用性,同时探究了波浪要素对计算精度的影响。结果表明：Morison方程在波高较大时精度下降;相对于Morison方程,绕射理论在该尺度下的精度更高。最后,通过分析实测数据进一步探讨了典型工况下的波浪力特征,以期通过实测波面计算波浪力的方法为实际服役风机波浪力计算提供技术支持。     

海洋工程试验中多单元造波机波浪模拟方法

由若干独立摇板组成的多单元造波机已经成为实验室研究波浪及其与海洋工程结构物相互作用的重要设备.介绍海洋深水池双边多单元造波机及其模拟波浪的方法,通过物理试验对所模拟的长峰规则波、不规则波和三维短峰波进行初步的试验研究.模拟波浪的时域和频域分析结果表明利用双边多单元造波机能够生成良好的长峰波浪和三维短峰波浪,所模拟的波浪能够满足海洋工程试验的要求.     

任意形状大尺度固定式近海建筑物波浪荷载的数值计算——三维表面布源法

任意形状大尺度固定式近海建筑物上波浪荷载的计算是这类建筑物设计时所必须解决的问题。三维表面布源法是解决这个问题的一个有效方法。本文将三维表面布源法用于工程中最常见的具有竖直对称平面的物体上波浪荷载的计算,使得计算量和计算所需的计算机内存大大减少。利用文中所讨论的方法可以方便地在微型计算机上计算具有竖直对称平面、形状较复杂的建筑物在不对称入射波作用下的波浪荷载。如用此方法在大型计算机上计算,可节省大量机时和内存。根据上述方法,用FORTRAN-77计算机语言编写的计算程序WFLG具有表面单元自动剖分功能。本程序的计算结果与弧立圆柱理论解和实际平台结构的三维有限元的计算结果符合很好。WFLG程序已被用于我国第一座钢筋混凝土平台的设计计算。     

斜向波流作用下水平杆件上的波力谱

本文根据作者提出的线性化方法,对于斜向波浪和水流作用下水平杆件上的拖曳力做了线性化。根据线性波浪理论,求得了水平杆件上和整个杆件上的力谱矩阵。整个杆件上的力谱矩阵可通过单元波力谱与波向影响函数而得到。计算表明,波浪方向对力谱的影响较水流方向的影响更为显著。     

深水斜坡堤胸墙波浪力研究进展

总结了近年来在斜坡堤胸墙前波浪破碎形态、波浪作用分布、胸墙受力设计等方面研究的进展,分析了斜坡堤上胸墙波浪力的计算方法。已有研究工作表明,深水情况下斜坡堤胸墙波浪作用分布与传统的均布形式有差异,《海港水文规范》中关于斜坡堤胸墙波浪力的计算方法在深水中的适用性应进一步研究。     

聚焦波作用下立柱高阶波浪力特性研究

以方形立柱作为研究对象,对其在聚焦波作用下的波浪力特性进行研究。研究主要基于计算流体力学数值方法,对聚焦波作用下方形立柱在固定、单自由度纵荡、单自由度垂荡三种运动状态下所受波浪力进行研究。利用phase-inversion逆相位分解方法对其高阶力特性进行分析。首先对聚焦波生成方法、数值计算方法与参数设置进行简要介绍,其次展示了三种运动状态下立柱在聚焦波作用下所受波浪力,并对其进行分析,最后利用phase-inversion逆相位分解方法获得高阶波浪力成分并对其载荷特性进行分析讨论。研究发现逆相位分解方法可以有效分离波浪力高阶成分,不同运动状态下立柱所受波浪力会有显著不同。     

双色入射波下二阶波浪力响应函数

应用边界元方法,对双频入射波在和频及差频下的二阶速度势做了完整的求解,通过物面积分计算了任意三维结构上的二阶波浪力的传递函数.对简单几何物体,与发表的结果做了对比,两者吻合良好,验证了本方法的正确性.应用这一方法还对复杂的张力腿平台模型做了实际计算,发现在低频和高频区二阶波浪力平方响应函数有着显著的能量分布.     

挡板透空码头水平波浪力计算方法的探讨

目前,对透空式高桩梁板码头的桩基和墩柱波浪力的计算,现行《海港水文规范》中有相应的公式,但对一侧增设挡浪板及上部结构构件的透空式高桩梁板码头水平波浪力的计算,规范并没有明确规定相应的计算公式。从挡板透空码头设计中水平波浪力的计算分析入手,说明挡板波浪力采用不同计算方法的差异性,并针对某设计工程进行了实例分析,通过相关文献、现行规范及物理模型试验等三种不同方法所得计算结果的比较,探讨一种适合挡板透空码头的水平波浪力的计算方法,供工程设计时参考。     

透空式进海路波浪力计算方法的试验研究

透空式进海路是连接人工岛与陆岸的一种新型结构,其所受波浪力是工程设计中重点关注的问题。本文开展物理模型试验,通过改变水深、波高、桥面底高、桥面宽度等试验条件,研究透空式进海路波浪力的变化规律。试验测量透空式进海路上部结构的动水压强分布,分析得到结构的浮托力和水平波浪力。研究发现:透空式进海路上部结构波浪力的主要影响因素为桥面相对净空高度,在相对净空高度接近0时,桥面浮托力达到最大值。通过分析试验数据,并参照文献中的已有波浪力计算方法,建立透空式进海路上部结构浮托力和水平波浪力的计算公式,公式计算结果与试验结果符合较好,对透空式进海路工程设计具有重要指导意义。     

深水斜坡堤胸墙波浪力计算方法研究

通过物理模型试验研究中国《海港水文规范》(JTJ213-98)中斜坡式防波堤顶部胸墙波浪力计算公式在深水情况下的适用性.试验测量4种不同水深波浪作用下斜坡堤顶部胸墙的波浪力和作用高度.通过对胸墙迎浪面的波浪压强分布、总水平作用力和波浪作用高度的试验结果与《海港水文规范》结果的对比分析,发现胸墙迎浪面的实测波压分布不同于规范采用的均匀分布;规范计算得到的总水平力和波浪作用高度均小于实测值.本文改进规范中斜坡堤胸墙波浪力计算方法,使其更适用于深水堤顶部胸墙受力计算.     

中长周期波作用下的斜坡堤胸墙波浪力试验研究

在印度洋、大西洋沿岸,海岸工程设计波浪周期多在14 s以上,具有显著的中长周期波特征。通过以往工程项目的试验结果发现中长周期波下,规范计算的斜坡堤胸墙波浪力明显小于试验结果。因此,通过系列物理模型试验研究了中长周期波下的斜坡堤胸墙波浪力。分析斜坡坡度、肩台宽度和波浪条件对胸墙波浪力的影响。通过将试验结果与我国现有规范中的经验公式计算所得结果进行对比,发现规范更适用于胸墙底淹没的情况,而对于肩台出水情况,规范计算结果小于试验结果。由此提出了一种新的波浪力计算方法,计算准确度得到明显提高。     

一种新的波浪变形三维数值模式──0-1混合型边界元

为提高边界元法模拟三维波场波浪变形的数值计算精度,借鉴常数元和线性元剖分方式、波势函数及波势函数法向导数对单元节点设定的各自适应性,提出了一种新的单元剖分模式──0-1混合型边界元,以控制和减缓由于计算误差累计而造成的波浪数值计算上的“横向振动”,借此结合边界元法的分区模式可实现较大范围的波场线性波浪变形计算,并为时域内的波浪非线性变形计算提供时间步长的数值保证.     

极端波浪对海洋导管架平台的作用及其模型试验研究

通过极端波浪对海洋导管架平台作用力的模型试验,对极端波浪的作用进行了探讨。首先在常规波浪力计算公式的基础上,提出了极端波浪作用下的简易计算方法,并结合国外相应研究成果,提出了三个简易计算表达式;在对模型试验数据的分析基础上,给出了上述三个简易计算公式中的系数,从而得到极端波浪作用下的波浪力计算表达式。