波浪问题中唯一可解的高阶边界元方法

本文就波浪与结构物相互作用问题，提出了一个适用于高阶边界元应用的新的积分方程，并利用修改积分区域的方法得了适用于本积分方程的不规则频率消除方法。最后，通过数值计算对附加区域的选择、单元的离散做了研究     

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.     

不规则波作用下岸基式振荡水柱波能装置的水动力性能研究

为了研究真实海域中振荡水柱（OWC）波能转换装置的水动力性能,本文基于势流理论和高阶边界元方法,建立了不规则波与岸基式OWC波能装置相互作用的二维非线性数值模型,不规则波基于JONSWAP谱生成。为了考虑由于水体黏性引起的能量耗散,在气室内水面边界条件中引入人工黏性阻尼。并在大连理工大学波流水槽中开展了物理模型试验,对数值模型的有效性进行了验证。研究发现,在不规则波作用下,OWC波能装置的水动力效率相较于规则波作用下有所降低,特别是在低频波区域效率差值最大。与规则波相比,不规则波浪作用下装置峰值效率对应的频率变大。气室内的相对水面高程随着有效波高的增加而降低,而气室内相对气压则随有效波高的增加而增大。OWC波能装置的水动力效率受有效波高的影响较小,其峰值效率对应的频率不受波浪非线性的影响。本文可以为OWC波能装置的设计提供参考。     

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。     

基于高阶边界元的三维数值波浪港池

初步建立了一个基于高阶边界元的三维数值波浪港池,港池具有造波和消波功能。采用高阶边界元16节点四边形单元和基于二阶显式泰勒展开的混合欧拉-拉格朗日时间步进求解带自由表面的完全非线性势流方程。模型中对于影响数值精度的问题作了细致的处理。数值计算结果表明本港池可以用来模拟非线性波浪的传播,具有很高的数值精度和稳定性。     

基于B—样条的边界元方法及其在波浪力计算中的应用

就波浪与结构物相互作用问题,应用Ｂ－样条函数对物体表面上的速度势进行了数值离散,物体表面的控制参数通过最小二乘原理确定,速度势控制参数通过Ｇａｌｅｒｋｉｎ理论确定。本理论给 其导数在整个光滑物面上都是连续的。采用此种方法所计算的数值解十分准确,并且收敛得很快。     

基于高阶边界元的三维数值波浪港池--波浪破碎的模拟

在势流理论的框架内,采用高阶边界元方法和混合欧拉-拉格朗日法,实现了对三维波浪破碎过程的数值模拟.数值模型使用可调节时间步长的基于二阶显式泰勒展开的混合欧拉-拉格郎日时间步进来求解自由表面的演化过程.在所使用的边界元方法中,采用16节点三次滑移四边形单元来表示,这种单元在单元内具有高阶的精度同时在单元之间具有良好的连续性.给出了孤立波的传播和周期性非线性波浪沿缓坡传播的计算结果,表明数值模型具有良好的稳定性.     

预修正快速傅里叶变换高阶边界元方法在波浪对物体作用问题中的应用

边界元方法被广泛应用于波浪对海上婕筑物作用领域,但由于传统边界元方法的存储量和计算量均为未知量的平方量级,很难满足大范围多未知量问题的计算需要.本文基于高阶边界元方法,应用预修正快速傅里叶变换方法,使计算量与存储量分别降低至O(NlogN)和O(N)量级,并得到一个连续的压强分布以适应结构设计的要求,同时可以通过使用满...     

根据非连续观测资料推求海洋内波要素的方法

本文首先提出了一种从非连续观测资料中提取谐波有关要素的方法，利用图解的辅助手段，可算得谐波的振幅与周期。由于算得的周期实际上是在船舶航行中得到的，应为观测周期，而谐波的真周期还与波的传播方向与船航行方向之间的夹角，与波速和船速有关。当取三条相互垂直的观测剖面为一观测系统时，即可根据上述关系建立一方程组，从而解得某一谐波的真周期以及它的传播速度与(相对船航向的)传播方向。     

部分反射直墙前二维物体的绕射和辐射问题

基于映像理论将部分反射直墙前物体的散射问题,等效于开敞水域中原物体的散射和关于直墙映像体散射的线性叠加进行求解。采用高阶边界元方法建立了部分反射直墙前二维任意形状物体波浪绕射和辐射问题的数值分析模型,通过与已发表的海底方箱和淹没圆柱结果的对比验证了数值模型的准确性。应用该模型研究了直墙反射系数幅值及相位、方箱与墙间距离等参数对水面方箱上波浪激振力、附加质量和辐射阻尼的影响。结果表明：直墙反射系数幅值越大,波浪激振力、附加质量和辐射阻尼的波动越大,附加质量在一些频率下出现负值;相位角的变化会改变波浪激振力、附加质量和辐射阻尼曲线的偏移,在低频区对升沉附加质量有显著影响;方箱距离直墙越远,方箱上的波浪激振力、附加质量和辐射阻尼随波数振荡的频率越快,峰值频率向低频侧移动。     

Removing irregular frequencies by a partial discontinuous higher order boundary element method

The phenomenon of irregular frequencies is a puzzle in the course of calculating the interaction of waves and structures by the boundary element method. To remove the irregular frequencies, the modified integral domain method is adopted, and continuous higher order elements and partial discontinuous higher order elements are used for discretization. By these means, the effects of the irregular frequencies are effectively removed. Effective strategies have been adopted to deal with singular integrals and nearly singular integrals at different situations. The numerical results of the horizontal wave force on a uniform cylinder in the first order and second order diffraction problems show that the present method has a good validity. At the same time, the influence of collocation parameter on accuracy of numerical results is examined in detail.     

A Unique Solvable Higher Order BEM for Wave Diffraction and Radiation

- For the discretization of higher order elements, this paper presents a modified integral domain method to remove the irregular frequencies inherited in the integral equation of wave diffraction and radiation from a surface-piercing body. The set of over-determined linear equations obtained from the method is modified into a normal set of linear equations by superposing a set of linear equations with zero solutions. Numerical experiments have also been carried out to find the optimum choice of the size of the auxiliary domain and the discretization on it.     

An analysis of second-order wave forces on floating bodies by using a higher-order boundary element method

The wave diffraction and radiation problem is studied numerically by using a higher-order boundary element method. The convergence of the higher-order boundary element method is tested systematically for bodies of different shapes. For the second-order force, particular attention is paid to the contribution of the second-order potential, following the line of Molin's approach. For numerical evaluation, the free surface is divided into three subregions; inner, intermediate and outer ones. In the inner region, the integral is evaluated numerically by using higher-order boundary elements. In the intermediate region, semi-analytic form is constructed with the help of eigen functions. In the outer domain, the analytic solution is available. This subdivision scheme reduces the numerical burden remarkably.     

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。     

Linear and nonlinear irregular waves and forces in a numerical wave tank

A time-domain higher-order boundary element scheme was utilized to simulate the linear and nonlinear irregular waves and diffractions due to a structure. Upon the second-order irregular waves with four Airy wave components being fed through the inflow boundary, the fully nonlinear boundary problem was solved in a time-marching scheme. The open boundary was modeled by combining an absorbing beach and the stretching technique. The proposed numerical scheme was verified by simulating the linear regular and irregular waves. The scheme was further applied to compute the linear and nonlinear irregular wave diffraction forces acting on a vertical truncated circular cylinder. The nonlinear results were also verified by checking the accuracy of the nonlinear simulation.