有限厚度砂床对波浪载荷的响应

本文采用水-土两相介质混合物的连续介质力学理论分析了有限厚度砂床对波浪载荷的响应。土床看作饱和孔隙弹性介质,用Biot理论来描述流动和变形的耦合效应,波浪用线性水波描述。在上述假设下得到了描述土床对波浪载荷响应的基本方程。用解沂-数值方法给出了土床中位移、应力和孔隙水压力的分布并将理沦计算结果与波浪-砂床模型试验的实验资料进行了比较。文章还对影响土床对波浪响应的参量特性进行了分析和讨论。根据参量研究、理论计算与实验资料比较的结果,可以得出结论:本文所提供的理论模型和计算方法能用来估算海床对波浪载荷的影响。     

基于相平均方法的折射绕射联合波浪模型

近岸带波浪运动的研究具有很重要的工程意义,近年来已获得了较丰硕的研 究成果并发展了许多波浪模型,而基于不同理论的波浪模型往往具有特定的适用性. 在海岸 工程中应用比较广泛的一类波浪模型以波能(波作用量)守恒为基本依据,如SWAN模型. 该 类模型在实际工程中已经得到了大量的应用,但该类模型未计及波浪绕射效应,成为其突出 的缺陷之一. 如何对模型做适当的改进,使之适用于波浪绕射的模拟,从而在原有基础上拓 广模型的应用范围是一项具有实际意义的研究工作. 该文采用波能(波作用量)守恒方程描 述近岸带波浪运动,通过引入绕射因子,得到折射、绕射联合波浪模型,从而拓广了模型的 应用范围. 通过实际算例验证,表明所建立的模型计及了波浪折射、绕射作用,对相平 均波浪模型在波浪绕射效应模拟方面的改进具有一定的意义.     

波浪中舰船远程尾流区气泡运动研究

为准确描述波浪中舰船远程尾流区气泡运动规律,分别建立了波浪中远程尾流场气泡质心运动和径向运动模型;并结合二维深水波模型,构建了波浪中尾流气泡运动耦合模型。采用变步长龙格库塔法进行数值求解,模拟得出波浪中尾流气泡的两个运动特征规律:(1)气泡在波浪中的上浮轨迹呈螺旋状,且气泡尺度越小,受波浪牵引作用越显著;(2)波浪的波长越短,波高越高,气泡在波浪传播方向的位移越大,但气泡的存留时间受波浪的影响很小。该模型考虑了真实海况中波浪对气泡运动的影响,可作为研究舰船尾流气泡运动特性及尾流场演化规律的理论基础。     

规则波中圆形承台对桩基波浪力的影响

近海软基条件中跨海桥梁和风电场工程大多采用承台桩基结构.圆形承台波浪力的计算采用基于线性势流理论和特征函数展开的解析方法,桩柱波浪力的计算采用Morison公式,讨论并发展了波浪对圆形承台及其下部桩柱的作用力的工程计算方法.研究了承台的存在对桩基波浪力的影响,针对某典型桩基结构布置形式给出了承台效应系数和群桩系数随相对水深、无量纲承台半径、相对浸深等参数的变化规律.     

基于P-M谱的波浪荷载数值模拟及其对跨海斜拉桥的冲击响应规律研究

针对深水桥梁在海洋中面对波浪的冲击问题,以某跨海斜拉桥为例,设定P-M谱为目标谱,依据Welch算法对海浪功率谱进行验证,基于以上理论采用fluent软件建立数值波浪水槽,根据重现期为10年、50年和100年分别计算对应的波高为6.4 m,7.2 m和9.6 m的波浪力,并将波浪力导入斜拉桥进行动力响应计算。综合分析大桥的动力响应, 结果表明,(1) 纵桥向波浪力是由横桥向波浪冲击桥墩出现绕射效应而产生,所以斜拉桥所受横桥向波浪力远大于纵桥向波浪力;(2) 随着波高的增大,斜拉桥的动力响应峰值逐渐增大,主跨跨中和塔顶动力响应峰值随波高的增长率最快,次边跨跨中动力响应峰值随波高的增长率次之,边跨跨中动力响应峰值随波高的增长率最慢;(3) 随着波浪荷载的增大,塔顶横向位移响应增幅显著,塔顶位移响应峰值最大达到0.0598 m。相关研究对大跨度深水桥梁的设计和动力分析有一定的参考意义。     

波浪场中物质输移离散系数的理论分析

海岸水域波浪引起的物质输移扩散存在着不同于水流引起的物质输移扩散的特征. 通过解析的方法对垂向扩散方程进行求解, 推导出波浪和潮流共同作用下的海岸水域物质输移离散系数的理论公式. 分析中将总的离散系数分为潮流、质量输移流、纯波浪波动作用以及潮流与质量输移流、潮流与波浪波动、质量输移流与波浪波动的相互作用6部分, 通过分析各组成部分特征, 得出海岸水域物质输移中波浪所产生的离散效应主要是质量输移流贡献, 波浪水质点运动及波流相互作用对时间平均离散系数的贡献较小的结论.仅波浪的作用(不包括潮流)的有关结果与他人数值模拟和实验结果的吻合良好, 证明了该理论推导的正确性. 给出了时间平均离散系数及离散系数波动幅值随波浪周期和波高的变化特征,同时将结果应用于垂向环流, 给出了垂向环流对应于质量输移流所产生的离散系数的特征.      

基于定常吹吸气的波浪型圆柱主动控制研究

基于定常吹吸气对波浪型圆柱近尾迹流动进行控制以增强柱体振动, 采用大涡模拟研究了亚临界雷诺数(Re = 3000)下前吹后吸和前后吸气控制方式在不同吹吸气工况对波浪型圆柱升阻力特性、时均压力系数、环量、湍动能及近尾迹流动结构的影响. 研究发现: 前吹后吸和前后吸气控制下波浪型圆柱在不同吹吸气动量系数工况脉动升力系数均显著提高, 最大较未受控直圆柱和波浪型圆柱分别提升高达636%和391%, 这主要可能归因于吹吸气控制使波浪型圆柱回流区变短, 高强度涡集中向钝体后方靠拢, 旋涡形成长度缩短, 展向涡流与顺流向涡流相互作用在波浪型圆柱下游形成的“肋状涡”变大变长, 近尾迹环量显著增大, 从而导致脉动升力系数增大, 这可能将诱导柱体产生更强的振动; 同时两种控制方式均改变了波浪型圆柱表面的压力分布, 由于在波浪型圆柱前驻点吹气使前端趋于流线型, 前吹后吸在不同吹吸气动量系数下波浪型圆柱的高压区减小, 但在后驻点吸气使得低压区增大, 而前后吸气在不同吹吸气动量系数下波浪型圆柱的高压区基本不变, 低压区增大. 研究结果可为低风速地区分布式风力俘能结构俘能效率提升提供基础理论支持.      

两层流体中水波在垂直薄板上的反射与透射

研究在两层流体中表面波模态和内波模态的波浪与半潜式刚性垂直薄板 相互作用的问题. 基于特征函数展开理论,建立了两种模态入射波作用下,半潜式刚性垂直 薄板的反射与透射能量的计算方法,证明了对每一种模态的入射波,另一种模态波浪的反射 与透射能量是相等的. 对水面漂浮和座底半潜式薄板的反射与透射能量,以及作用在其上的 水平波浪力进行了数值计算分析,表明在某个频率范围内,流体的分层效应对这些水动力 量的影响是不可忽视的. 特别地,当薄板的一端位于两层流体的内界面上时,两种模态波浪 的能量转化是最大的.     

论一类四阶Boussinesq方程的变浅性能

Boussinesq 类水波模型在港口、海岸以及海洋工程领域应用广泛,但以前对这类模型的变浅性能的研究不够充分. 针对Madsen 和Sch?ffer 提出的一组四阶Boussinesq 方程,从理论和数值两个方面对这一问题进行了探讨. 理论分析了其变浅性能,指出该文献中参数α₂ 和β₂ 的取值是不合理的,并重新确定其取值. 在交错网格下建立了基于混合4 阶Adams-Bashforth-Moulton 格式的预报-校正数值模型. 数值模拟了两个典型算例: 一是缓变平坡地形上波浪的传播变形,二是波浪在淹没梯形潜堤上的波浪演化过程. 计算结果分别与解析结果、物理模型实验结果进行了比较,发现变浅系数的取值对数值结果影响很大,新参数比原文参数模拟结果的吻合程度更高,这佐证了理论分析.      

ON SHOALING PROPERTY OF A SET OFFOURTH DISPERSIVE BOUSSINESQ MODEL

Boussinesq 类水波模型在港口、海岸以及海洋工程领域应用广泛,但以前对这类模型的变浅性能的研究不够充分. 针对Madsen 和Schäffer 提出的一组四阶Boussinesq 方程,从理论和数值两个方面对这一问题进行了探讨. 理论分析了其变浅性能,指出该文献中参数α₂ 和β₂ 的取值是不合理的,并重新确定其取值. 在交错网格下建立了基于混合4 阶Adams-Bashforth-Moulton 格式的预报-校正数值模型. 数值模拟了两个典型算例： 一是缓变平坡地形上波浪的传播变形,二是波浪在淹没梯形潜堤上的波浪演化过程. 计算结果分别与解析结果、物理模型实验结果进行了比较,发现变浅系数的取值对数值结果影响很大,新参数比原文参数模拟结果的吻合程度更高,这佐证了理论分析.     

不同参数波浪型辐板列车车轮的振动声辐射特性研究

为了分析不同参数对波浪型辐板车轮声辐射特性的影响,根据列车波浪型辐板的建模方法,建立了不同波浪个数、不同波浪幅度的波浪型辐板车轮。首先,利用分块Lanzos法计算出不同波浪个数、不同波浪幅度的波浪型辐板车轮的固有模态;然后运用模态叠加法计算出简谐力作用下车轮的动态响应,并进行了对比分析;最后利用有限元-边界元方法,将车轮外表面的位移响应处理成声学边界元输入,得到不同波浪个数、不同波浪幅度车轮的声辐射功率大小。计算结果表明:波浪型辐板车轮在2波浪和6波浪时具有较低的声辐射功率;6波浪辐板车轮在波浪幅度约为30mm时,具有较低的声辐射功率。此结果为国内波浪型辐板车轮的研究提供了一定的参考。     

随机波浪作用下近岸波流场的数值模拟

结合近岸波浪抛物型缓坡模型和近岸波流场模型,对近岸不规则波浪及其破碎后所产生的流场进行了数值模拟. 在不规则波浪场的模拟中,采用JONSWAP波浪谱对入射单向不规则波浪要素按等分频率法进行离散,应用考虑波浪不规则性和破碎效应的抛物型缓坡方程对波浪场进行数值模拟,并基于抛物型缓坡方程中的波浪势函数等参数计算波浪辐射应力,以波浪辐射应力为主要动力因素基于近岸流数学模型对近岸波浪破碎所产生的近岸流场进行数值模拟,并对数值模拟结果进行了验证. 模拟结果表明该模型可有效地用于研究波浪破碎产生的近岸波流场.      

考虑床面边界层效应的波浪海床相互作用分析

在考虑海床表面附近黏性边界层的影响下, 考察了波浪与弹性多孔海床之间的相互作用．波浪场包括势流部分和边界层部分,海床域控制方程由比奥固结理论给出．波浪场和海床域通过交界面处应力连续和速度连续条件进行耦合．在简谐波和小变形的前提下,通过联立求解势流方程、波浪边界层方程和海床准静态比奥固结方程得到了波浪运动及相应的海床动力响应的解析解．通过与以往文献的实验结果进行对比,解析解的合理性得到了验证．通过参数分析讨论了实际问题中需要考虑波浪和海床相互作用机制的海床土质条件,以及流体黏性对波能衰减的影响规律．      

饱和砂土振动扎隙水压力理论与应用研究进展

本文简要回顾了地震、波浪等引起的往返载荷作用下饱和砂土孔隙水压力理论与应用的研究历史和实践背景,并从影响因素、计算理论与应用等较广泛的范围,就目前国内外对饱和砂土振动孔隙水压力问题的研究现状作了较系统的评述,最后讨论了有待进一步研究的问题。     

振荡边界层研究及其应用

综述了振荡边界展的研究现状,包括:层流边界层,转捩和湍流边界层的理论、数值和实验研究的最新进展．在自然界,最典型的例子是波浪、潮汐作用下的水底边界层．同时讨论了水底边界层的特点及其中物质输送的动力学过程,还给出了实际应用的例子．      

波浪作用下的泥沙沉降速度

本文认为泥沙在波动水流中的沉降与在静水中的沉降不同,即泥沙还受波浪紊动的举力作用而使沉降速度减慢.波浪运动由水面向下逐渐衰减,所以,波浪对泥沙沉降速度的减缓作用也由水面向下逐渐衰减.由此出发推得了相应的理论公式,计算结果与实验数据的比较在规律性上是一致的,但计算值的精度尚嫌不足.     

水陆两栖飞机波浪水面上降落耐波性数值分析

在规定的气象水文条件下,水陆两栖飞机起飞和降落的能力是决定其性能的重要因素,即耐波性能。采用ALE方法对流体域进行描述,运用基于微幅波理论的动边界数值造波方法模拟了不同波高和不同波长的动态海平面波浪,通过添加质量阻尼的消波方法抑制了固壁边界反射波对造波结果的影响,并采用罚函数耦合方法描述飞机与水体的耦合作用,研究了水陆两栖飞机在不同海情条件下波浪面上降落的纵摇运动、升沉运动以及底部压力等运动学和动力学特性,分析了水陆两栖飞机入水波浪的波长及波高对水陆两栖飞机耐波性能的影响,为飞机结构设计、水上降落操作规则制订及水陆两栖飞机耐波性物理水池试验提供参考。     

水陆两栖飞机波浪水面上降落耐波性数值分析

在规定的气象水文条件下,水陆两栖飞机起飞和降落的能力是决定其性能的重要因素,即耐波性能。采用ALE方法对流体域进行描述,运用基于微幅波理论的动边界数值造波方法模拟了不同波高和不同波长的动态海平面波浪,通过添加质量阻尼的消波方法抑制了固壁边界反射波对造波结果的影响,并采用罚函数耦合方法描述飞机与水体的耦合作用,研究了水陆两栖飞机在不同海情条件下波浪面上降落的纵摇运动、升沉运动以及底部压力等运动学和动力学特性,分析了水陆两栖飞机入水波浪的波长及波高对水陆两栖飞机耐波性能的影响,为飞机结构设计、水上降落操作规则制订及水陆两栖飞机耐波性物理水池试验提供参考。     

海岸波浪场模型研究进展

从建模原理、波浪在近岸区域传播的众多机制、模型的类别、优势、局限性以及模型在未来的发展趋势等方面,综述了在海岸工程实践中广泛运用的以下两大类海岸波浪场预测模型的最新研究进展:(1)能量平衡模型.它一般用来预测海洋深水波候,已发展到相当完善的阶段,例如,最为著名的WAM3G模型.这种模型在海岸工程中的作用就在于可以模拟施加在波浪上的随时间变化的风场效应.(2)质量、动量守恒模型.它在海岸工程中应用最为普遍,并且内容丰富,数值技巧多样.目前包含了以下代表性的模型:缓坡方程、抛物型方程、非线性浅水方程、高阶Boussinesq型方程、Green-Naghdi理论.      

饱和砂土振动扎隙水压力理论与应用研究进展

本文简要回顾了地震、波浪等引起的往返载荷作用下饱和砂土孔隙水压力理论与应用的研究历史和实践背景,并从影响因素、计算理论与应用等较广泛的范围,就目前国内外对饱和砂土振动孔隙水压力问题的研究现状作了较系统的评述,最后讨论了有待进一步研究的问题。