三维布源法计算大尺度物体波浪力中奇点积分的处理

本文通过对贝塞尔函数Y_0和K_0在含有奇点情况下积分的处理,改善了大尺度物体波浪力计算中的三维布源法的计算。不必同时采用格林函数的积分和级数两种形式,远场和近场都使用级数形式的格林函数。从而使那些形状复杂、单元形状类型较多的近岸建筑物上波浪力计算的繁度得到简化。     

直墙波浪力计算中几个问题的探讨

由于近岸波浪动力受地形等主要因素的影响变化剧烈,尤其伴随着波浪破碎,增加了直墙上波浪力确定的困难。直墙上波浪力的确定在现阶段仍以物理模型试验为主。然而,不同的研究者所得的结果往往差异较大。文中通过物理模型试验,对直墙上波浪力计算中几个常见的问题进行了进一步的研究和探讨,提出同时刻压强沿水深的分布型式主要有局部冲击型、均匀分布型和过渡型三种。分析结果可为直墙波浪力更为准确的确定提供依据。     

大直径圆柱体上的二阶波浪力

在二阶波浪力的计算中,二阶绕射势满足的非齐次自由条件,其非齐次项在整个自由面上不是绝对可积的,给解析或数值求解造成了困难。本文推广了周清甫的工作,对有限水深引进了一个“局部扰动源”,用此局部扰动源在自由面上的分布,构造了满足非齐次自由面条件的二阶势的特解。并进一步证明,此特解在远处收敛得足够快,只剩下外传的自由波,后者在无穷远处满足通常的Som-mevfeld条件。 按这个方法,本文得到了大直径圆柱体在有限水深中的完整的二阶绕射势,计算了二阶波浪力,并与实验数据和现有的计算结果进行了比较。比较表明,在波长稍大的地方,本文的结果有明显改善。     

二阶波浪力的切片理论与潜体上的垂向定常力

二阶波浪力的三维理论基本上是对无航速的结构物建立起来的，航速的影响不甚清楚，一些理论问题，例如二阶绕射势辐射条件的提法，直到最近才得以澄清，即使如此，用三维方法完整地求取物体上的二阶波浪力仍十分费时，本文中对有航速的细长物体建立了二阶波浪力的切片理论，旨在提供理论上合理，实用上相对简便的二阶力计算方法，作为完整的二阶波浪力的一个组成部分，文中给出了细长潜体在不同潜深和浪向角时所受的垂向常力及变化趋     

波浪对三维浮体的二阶作用

本文通过求解二阶势的方法对波浪与任意形状三维物体的相互作用问题做了研究，波浪运动的二阶势应用高阶边界元方法进行计算，为了高阶边界元法的应用，本文给出了一个无速度势二阶空间导数，无奇异积分的新的积分方程。     

任意形状二维物体上的二阶波浪力

用局部变分法计算了二维物体上的二阶波浪力。结果表明,在若干个频率处出现了“不规则频率”,这是一个新现象。但与实验结果的比较表明:用简单的内插通过这些不规则频率,不影响结果的精度。     

圆柱墩群上波浪力计算

根据平面波与圆柱群相互作用理论，计算了柱群由4个同径柱分别分布在正方形和矩形角点上，4个异径柱分布在矩形角点上和9个同径柱等间距分布的柱列等4种情况的柱上波浪力。     

二阶波浪力作用下漂浮式风力机Spar平台的动态响应分析

平台结构的稳定性是海上漂浮式风力机安全运行的基本保障。本文建立基于OC3-Hywind Spar Buoy平台的NREL 5 MW漂浮式风力机整机模型,采用辐射绕射理论结合二阶传递函数(QTF)的方法,借助ANSYS/AQWA分析二阶波浪力对Spar平台动态响应的影响。并从频域角度对比一阶、二阶波浪力对平台的作用,从时域角度分析风、流和二阶波浪力联合作用引起的慢漂响应和一阶波浪力引起的波频响应。结果表明:同一自由度方向的差频QTF与和频QTF的变化趋势大体一致;平台所受二阶波浪力较一阶波浪力小一个数量级;二阶波浪力对不同自由度的动态响应影响不同;时域动态响应由波频响应和慢漂响应组成,其中波频响应是均值为零的往复运动,慢漂响应是长周期的漂移运动。     

神经网络在直墙上波浪力计算中的应用

运用附加动量法和自适应学习速率，对具有一层隐含层的BP网络进行改造，由此建立神经网络模型来计算作用在直墙上的波浪力，将试验值分别与合田良实公式、我国规范中的公式及本文计算结果对比后表明，神经网络模型可用于计算直墙上的波浪力。     

波浪力计算中的一个新边界元方法

本文就波浪与结构物作用问题，提出了一个新的高阶边界元方法。较之Ｅａｔｏｃｋ Ｔｏｙｌｏｒ和Ｃｈａｕ的方法，本文在体内附助积分方程中应用了满足刚性水面条件和弱刚性底面条件的简单格林函数。计算速度相应地有所提高；漂浮结构的积分方程更为简洁；计算结果与Ｅａｔｏｃｋ Ｔａｙｌｏｒ和Ｃｈａｕ的方法具有几乎相同的精度和收敛速度。     

平台式潮汐能发电结构水平波浪力工程计算

可再生能源的开发利用是经济快速发展的助推器。潮汐能发电技术是利用海洋可再生能源的一种重手段。传统水坝式潮汐发电结构受到诸多条件的限制,离岸式潮汐能发电结构是未来潮汐能发电主研究方向。主对离岸平台式潮汐能发电结构初始设计中的波浪力进行了研究：利用Ansys和Sesam—Wajac对离岸平台式潮汐能结构支撑杆件波浪力进行计算,利用Matlab对基于Froude—Krylov假定的不同尺度的水下沉垫波浪力进行分析。运用《水下地基与基础》和《海港码头结构设计手册》中波浪力的计算公式对结果进行校核,验证了平台式潮汐能发电结构初始设计水平波浪力计算结果的正确性。     

基于数值波浪水池的波浪中船舶水动力计算

此文基于CFD方法建立了数值波浪水池,模拟了波浪的生成和传播,并对规则波浪中航行船舶的水动力进行了计算研究.文中讨论了适合船舶在波浪中航行的数值模拟的波浪环境表达,验证了参考坐标系下数值波浪水池中波浪生成和传播及消波等,模拟计算了多个航速项浪与斜浪航行的约束Wigley-Ⅲ船模的水动力以及项浪中航行船舶的波浪增阻.计算结果与DUT(Delft University of Technology)的试验数据及势流理论的结果吻合良好.对比和研究表明,本文的方法能细致描述船舶周围的流场,且比实验更易实现和控制,在船舶的水动力性能分析和运动预报等方面具有广阔的应用前景.     

潜体在两层海内波中的波浪力计算

本文以近似潜艇的细长回转体为模型,在两层海模式中三种不同潜深下,利用边界元法计算了内波对潜体的一阶垂荡波浪力和一阶纵摇波浪力矩,作为特例计算了近水面潜体的波浪力及力矩,并与实验结果进行了比较,两者吻合较好。     

三维浮体二阶辐射问题的实时模拟

采用二阶时域理论对任意三维物体的非线性波浪问题进行了研究。对自由表面边界条件和物面边界条件进行了Taylor级数展开，Stokes摄动展开用于建立相应的一阶和二阶边值问题，而且此边值问题的计算域不随时间变化。使用基于B-样条的边界元方法计算每一时刻的二阶波浪场，二阶自由表面边界条件在时间上进行数值积分。在自由表面加一个人工阻尼层以避免波浪的反射。对二阶物面边界条件采用数学手段，推导出一个没有二阶空间导数的表达式，以便于计算。本文对强迫正弦垂荡和纵荡运动的截断圆柱进行了计算，讨论了漂浮结构的二阶水动压力影响，计算结果与已有结果十分吻合。     

非线性波浪绕射问题的数值计算

本文给出非线性波浪绕射问题的计算模型,并用时间步进和边界元法求解。该模型能适用于严重非线性情形,且能满足初始条件和辐射条件。作为对该模型的检验,我们对孤立波绕过穿刺水面的直立圆柱的算例进行了计算,并同Isaacson的解析解、李宝元的差分解进行了比较,结果吻合很好。此外我们还用数值方法同时模拟造波机造波和求该波与直立圆柱的相互作用。结果表明,数值波浪水池能够以尽可能短的暂态过程,模拟波浪与物体的相互作用,提供良好的初始条件。数值波浪水池还能用于任意水深、任意水底形状下的相互作用问题。本文的计算模型和算法具有机时省,计算稳定的优点。     

三维非线性波浪绕射问题的改进模型

本文提出离岸海洋工程结构物(固定式)承受非线性波浪力的数值计算方法,是对文献[9]内容的改进。在开边界的辐射条件中波速C不假设为常数,而通过迎风差分格式确定局部波速的瞬时值。使得原模型可以合理地推广至变有限水深情况。本文所提出的空间有限差分法与时域的步进法能有效地和稳定地进行数值计算。以孤立波和椭圆余弦波对圆柱体的作用分析为例,数值结果表明了预期的效果。     

椭圆余弦波对透空直立防波堤波浪力解析计算

根据椭圆余弦波理论与水波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了浅水区水波对透空防波堤的波浪作用,并取得了满足椭圆余弦波一阶分量边值问题提法的反射和透射波势的数学解。由此得出作用于直立透空防波堤的水平波浪力和力矩算式,并与浅水条件下的Airy波理论加以比较,说明浅水条件下椭圆余弦波理论更能反映非线性因素变化对波浪力及力矩的影响。     

无波浪力重力式码头稳定性可靠指标的简化计算

研究了无波浪力情况下重力式码头的抗滑、抗倾稳定性可靠指标的简化计算方法和简化设计方法.通过Monte-Carlo模拟和统计分析,确定了重力式码头抗滑、抗倾稳定性计算中抗力和荷载效应的统计参数和概率分布;提出了抗滑、抗倾稳定性可靠指标的简化计算方法和计算式,并根据11个方块码头、8个扶壁码头和25个沉箱码头的JC法可靠指标计算结果分析确定了简化计算式和简化设计式的系数.研究表明,同类型重力式码头抗滑、抗倾稳定性计算中抗力和荷载效应的均值系数和变异系数基本为常数;采用简化式计算的重力式码头抗滑、抗倾稳定性可靠指标与JC法的计算结果非常接近.     

浅海底座的波浪扰动力

在中国船舶科学研究中心的波浪水池中完成了浅海底座波浪扰动力模型试验。 最近Chakrabarti发表论文介绍了一个浅海底座波浪扰动力的模型试验,在他的实验中由于测试技术的需要必须在浅海底座模型与波浪水池池底间保留一个间隙,其后果是由于间隙的存在导致波浪垂向扰动力大幅度下降。为此Chakrabarti提出了有间隙底座(OPen-bottom)波浪扰动力的计算方法。 为了解决这个测试技术上的问题,在我们的模型试验中采用了泡沫塑料软垫(重150g,厚3mm)封闭了底座间隙。我们认为:此试验状态更切合实际。此外,本文还给出了三维势流理论对无间隙底座的计算结果,并与模型试验实测结果进行了比较,其结果表明:理论计算结果与模型试验结果十分一致。     

排泥阀操作力的计算问题

在给排水构筑物设计中,排泥问题是经常遇到的。在许多情况下,排泥阀设于池底,利用池内静水压将积泥排除,以满足正常运行的要求。对于这种排泥阀操作力的计算,给排水设计手册第九册提出了如下计算公式(9-34)