极端瞬态波浪的特征分析

介绍了与海上结构物“ringing”现象产生有关的极端瞬态波浪问题的提出、研究现状、波浪特征及其物理模拟方法等现有的研究成果。     

船舶在随机波浪中操纵运动预报

将船舶操纵运动模型和船舶耐波性理论结合起来,建立了适用于求解船舶在随机波浪中运动的六自由度数学模型.该模型采用水平随船坐标系,与操纵运动有关的水动力采用经验公式估算;与耐波性相关的水动力除二阶力外采用从频域到时域的方法,其中一阶波浪力通过脉冲响应函数的卷积求取,记忆效应力由时延函数的卷积表示;对于二阶波浪力则只考虑其定常部分.最后,应用该模型对一艘集装箱船在静水、规则波、随机波下的回转运动进行了预报,并就波浪对回转运动的影响做了讨论.认为一阶力对船舶操纵运动影响不明显;在考察波浪对船舶操纵运动的影响,必须考虑二阶力的作用.     

极端波浪条件下黏土质斜坡海床稳定性解析

海洋资源开发引起海底软黏土的结构性破坏,导致土体强度弱化,在百年一遇的极端波浪作用时极易发生斜坡海床的局部失稳甚至大范围海底滑坡,给海洋工程建设和正常运营带来严重影响。目前,主要采用极限平衡法评价这类海底斜坡,但该法只能给出近似解。基于极限分析上限方法,推导了极端波浪诱发的波压力对斜坡海床的做功功率,建立了外力功与内能耗散率平衡方程;利用最优化方法,结合数值积分和强度折减技术,求解了不同时刻的斜坡海床稳定性系数,并针对扰动后的斜坡海床开展了有限元解的对比验证。在此基础上,深入探讨了不同波浪参数(波长、波高和水深)和坡长小于一个波长等极端条件下的海底斜坡稳定性。     

风压作用下非线性极端波浪的数值模拟

本文在时域非线性数值波浪水槽中,研究了不同风速条件下极端波浪的特性。采用推板造波的方式生成非线性波浪,基于Jeffrey遮蔽理论将风压项引入自由面动力学边界条件来模拟风压作用,通过高阶边界元法和混合欧拉-拉格朗日时间步进法来求解初边值问题。通过与已发表的聚焦波群实验结果对比验证了该数值模型的准确性,并研究了风压对极端波浪的最大波高、聚焦位置的偏移和波浪谱的演变等波浪性质的影响。本文进一步在数值波浪水槽中引入均匀水流,来模拟风生流对波浪演变的影响。结果表明,风压的存在会少量增大极端波浪的最大波高,波浪的聚焦和解焦过程伴随着明显的能量传递,并且风生流进一步导致了波浪聚焦位置的偏移。     

深水极端波浪非线性几何特征试验分析

为了解极端波浪非线性特征,明确波群在演化过程中的水动力学特性,针对一系列高斯波群进行了深水物理试验分析。试验结果显示,增加波陡或波群宽度,均可使波面偏度Sk发生明显变化,尤其当波浪发生破碎后,在破碎区域内,波面偏度变化范围剧烈增大,说明该偏度极大值可能作为判断破碎的一个指标。波陡和波群宽度对波面不对称度影响程度不同:当波陡或波群宽度增加后,波峰不对称度所受影响最大,波峰前端波谷不对称度次之,波峰后端波谷不对称度所受影响最小,但仍不可忽略。在波浪演化过程中,幅值谱出现不同程度频带下移,波浪破碎后,会出现永久频带下移;当调制不稳定发生时,随着调制不稳定指数增加,频带下移量呈现快速增长趋势。     

球形波浪浮标结构参数对其升沉运动性能的影响

对球形波浪浮标进行了静力学分析,并结合球形波浪浮标吃水线的一般设计要求得出了球形波浪浮标的平均密度与海水密度的关系式。利用球形波浪浮标在受到波浪激励时的运动响应方程并结合球形波浪浮标的结构参数特点,得出了球形波浪浮标在波浪激励下的升沉运动振幅与激励波浪振幅相一致的理论条件和结构参数。以国家海洋技术中心最新研发的直径480 mm球形波浪测量浮标为研究对象,结合海洋表面波分类特征,研究了该球形浮标体在常规波浪激励下的升沉运动响应的相关性能,并给出了在测量不同周期的波浪时,该球形浮标体升沉运动的理论响应振幅系数。通过以上分析得出了直径480 mm球形波浪测量浮标在测量周期为1 s以上的波浪时具有非常优越的随波浪升沉运动的性能。文章的相关分析为球形波浪浮标的进一步研究提供了理论基础。     

直立浮式柱群波浪荷载计算

为了研究类似张力腿平台（ＴＬＰ）等海洋工程结构物的运动,浮式直立柱群的波浪荷载计算是十分重要的。应用匹配渐进和特征函数展开法得到单柱流场速度势的半解析解,再引入大间距假设,将柱群中某一柱体对其它柱体的扰动作用用平面入射波来代替。同时对该问题进行了非平面波修正,计入柱间水动力相互作用,解决了柱群的绕射问题。应用该方法计算了不同条件下的双柱波浪荷载的幅频特征。     

浮筒的波浪力计算

本文研究了浮筒在漂浮状态时波浪力的计算方法，导出了考虑有限波幅影响的波浪力计算公式。为了验证本公式的可靠性，对５００吨浮筒模型在上海交通大学船池中进行了模型试验     

斜向波浪作用下双层水平板式防波堤波浪荷载试验研究

In this study, systematic physical model tests were performed to investigate the wave forces on the twin-plate breakwater under irregular waves. Based on the experimental results, the effects of the relative plate width B/L,wave height Hs/D and incident angle θ0 on the wave forces were analyzed and discussed. The results showed that:(1) The envelopes of the total wave pressure were generally symmetrical along the direction of plate width under the incident angles(θ0) being 0°, 15°, 30°, 45° and 60°. In particular, the envelopes of wave pressure atθ0=30° were larger than all other cases.(2) The synchronous pressure distribution of the breakwater under oblique wave action was more complicated comparing to the normal incident waves.(3) Based on data analysis, an empirical formula was obtained to estimate the total vertical force of the twin-plate breakwater.This empirical formula can be a good reference for the design basis of engineering applications under specified wave conditions.     

极端波浪条件下深水导管架基础结构波浪总力试验研究

波浪力对海上风电深水导管架基础结构的稳定性和安全性至关重要。通过波浪物理模型试验对极端波浪条件下深水导管架基础结构的波浪总力进行了试验研究,试验水深包括50 m和70 m两种,在1 000 a一遇波浪条件下,分别分析了深水导管架结构所受的波浪总水平力和垂直力。研究结果表明：相同重现期极端波浪作用下,70 m水深情况下的导管架结构波浪总水平力小于50 m水深的结果,但是70 m水深的导管架结构波浪总水平力弯矩大于50 m水深的结果;相同水深、水位和波浪条件下,导管架结构受到的波浪总垂直力明显小于波浪总水平力;在相同重现期极端波浪作用下,低水位情况时70 m水深的导管架结构波浪总垂直力与50 m水深的结果差别不大,但是在高水位时,由于在70 m水深的极端波浪条件下波峰可冲击作用到上部平台底面,70 m水深的导管架结构波浪总垂直力明显大于50 m水深的结果。     

压力公式的修正及其在波浪荷载计算中的应用

计入前进速度流动与非定常流动之间的干扰,修正了切片法中计算压力的公式,从而建立了计算波浪荷载的方法,开发了相应的计算机程序。计算实例同国内外有关资料的比较表明结果吻合良好,为船舶与海洋结构物结构有限元分析程序提供了有效的前处理模块     

莺歌海洋站附近海域波浪特征分析

本文利用莺歌海站多年的波浪实测资料,对其附近海域的波浪要素的基本特征、变化规律、风与浪的相关规律进行分析研究,阐明了海区海浪的特点及变化规律。该海区属热带季风气候区,波浪主要受季风影响,季风时期的风向、风浪传播方向、涌浪传播方向基本一致。通过对观测资料统计分析发现:该海域波浪主要是以风浪为主,常浪向是SE向,次浪向是SSE向,强浪向是SE向,波高以轻浪为主。波型方面,春季和夏季SE向风浪占绝对优势,秋季和冬季NNW向风浪占优势,涌浪频率四季均是S向最大,并结合国内海洋波浪测量技术现状,在仪器装备研发、算法模型及数据处理分析软件升级、站位布局优化、计量标准化研究等方面提出几点建议。     

唐山近海海域波浪要素特征分析

本文基于唐山近海海域1#、2#浮标2017年4月至11 月实时海浪观测数据及部分风速风向数据, 对唐山近海海域波浪有效波高、有效波向、有效波周期等波参数特征进行了统计分析, 并利用origin 软件对波参数与风速、风向相关性进行了研究。研究结果表明： 1#、2# 浮标海域常浪向为SSW、SW、SSE, 常浪向有效波高均以0.2 ～ 0.4 m 小浪及3 ～ 4 s 短周期为主,有效波高1 m 以上较大波浪极少出现; 该海域波浪以风浪为主, 波浪破碎速度较快, 有效波高与风速相关性较强, 相关系数r 为0.71, 风向与波向、有效波高与周期基本无相关性, 该研究资料可为海上活动及防灾减灾提供技术依据。     

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。     

船舶随浪运动隐性仿真计算

本文利用Ｌｉａｐｕｎｏｖ理论，研究了船舶在规划波良运动的稳性；利用摄动理论，求解出船舶运动响应；并讨论了船舶横摇与垂荡运动频率、最大横摇角和波浪要素对稳性曲线ＧＺ的影响，以及流体动压力对稳性曲线的修正，从而给计算船舶在随浪中的稳性提供了一种。方法。     

极端波浪作用下海上施工栈桥承载性能评估

海上施工栈桥作为一种可以快速装配的施工辅助设施,在跨海大桥建设中得到广泛应用。为研究海上施工栈桥在极端波浪作用下的结构性能,基于波浪增量分析(IWA)理论,提出海上施工栈桥承载性能评估方法。以某在役海上施工栈桥为例,考虑杆件弹塑性和节点局部柔性建立结构非线性分析模型,评估了海上施工栈桥在不同方向极端波浪荷载作用下的结构承载性能及倒塌失效模式。研究表明,随着极端波高逐渐增大,栈桥依次出现首次屈服、塑性铰和倒塌起始三种非线性行为点,结构将依次经历正常使用、可以使用、临近倒塌和倒塌破坏四个承载性能状态;波浪入射方向对于海上施工栈桥的承载性能和倒塌失效模式影响较大;海上施工栈桥的主要薄弱部位位于钢管桩桩底及其与支撑框架下横撑相交的节点处,应在设计中重点关注。     

波浪计算可视化的研究

文章讨论了波浪场可视化实现过程中的一些关键的算法。文中针对表示波浪面的数据集的特性,采用了一种简单的节点法矢量算法。绘制结果表明,用这种简单算法取代二维和三维的数据场节点法矢量的常用算法,能够保持波浪场三维图形的光照效果。利用层次模型算法进行波浪的动态演示,比较了相同面积的波浪场在不同网格密度情况下图形的显示质量,提出波浪场图形质量有与特征波长相匹配的最佳经验网格密度。     

港内波浪要素计算方法研究

为分析不同计算方法在推算港内波要素中的适用性,分别采用JTS 145-2-2013《海港水文规范》计算方法和数学模型计算方法计算了防波堤为单突堤、双突堤和岛式堤三种典型布置型式的港内波浪.将计算结果与物理模型试验结果进行了对比,分析了不同布置型式时3种方法得到的结果之间的差异性,给出了在计算不同防波堤布置型式下的港内波浪要素时上述3种方法的适用程度.     

非线性波浪作用下埋置管道上波浪力简化计算

由于浅水区波浪的非线性影响显著,浅埋管道受非线性波浪荷载的影响大,为了保证管道长期运行的稳定性,在管道设计过程中需要充分考虑由非线性波浪引起的波浪力。考虑孔隙水和海床土的压缩性,基于Biot固结理论和一阶近似椭圆余弦波理论,利用分离变量法推导了非线性波浪作用下浅水区埋置管道周围海床的渗流压力,进而给出了埋置管道上的波浪力压力解析解,并与已有的文献结果进行比较。计算结果表明,在椭圆余弦波的作用下,海底管道周围海床内的渗流压力呈正弦分布,且管道所受的波浪力随着管径的增大而增大。     

影响计算海湾内台风波浪的诸因素

本文阐明了影响计算海湾内台风波浪的重要因素，使用我们目前已改进了的模式，可克服以往的计算缺陷，而使计算效果达到最佳。同时，阐述了不同海湾、不同的地理环境对台风浪波能的消衰不同。并强调了台风增水对台风浪计算的影响，其也直接影响着工程设计波浪参数的合理选取。