水波动力学研究进展

水波动力学,历史悠久,内容丰富,此文仅进行简要的历史回顾,以阐明其进展的思想、智慧、途径以及这门学科对其它学科进展的贡献和影响。随后,引进一个新理论,能模拟三维、非定常、有完全非线性和频散(或色散)性的重力毛细波,在深度任变的水中传播和演化的现象。此外,对二维水波在海滩上之涨落问题,提供一个Lagrange-Euler观点相结合的精确计算方法,以供读者推广和应用,此外,对外力作用下的水波系统共振现象,作些补充论述。      

旋涡与行进表面水波相互作用的实验研究

采用振动板式造波器在二维水槽中生成近似单色的行进表面水波，采用夹板式涡发生器生成稳定上浮的涡对，在Ｆｒｏｕｄｅ数约为０．５的条件下，得到了水下涡对与不同波长和振幅的行进表面水波相互作用时的干扰图象，以实验方法验证了理论分析和数值计算的结果，并为进一步研究旋涡与行进表面水波的相互作用提供了一种实验研究方法     

基于厚板理论分析深水域中弹性浮板的水波响应

基于线性水波理论和Mindlin厚板动力学理论,采用Wiener-Hopf 方法,研究了不同水深水面上弹性浮板在不同入射波数水波作用下的动力学响应问题。首先推导了无限深水域中弹性浮板水波响应的解析解,并将本文分析计算结果与采用其他方法(经典薄板理论)得到的计算结果进行了对比和分析;其次,采用本文方法研究了大型浮板在三种入射波数的水波作用下动弯矩幅值的分布情况;最后,根据其他文献的方法计算了不同水深(有限水深)情况下浮板的动响应,并与本文的计算结果进行了对比分析。     

淤泥质海床上波浪衰减研究

本文是国内外关于波浪在淤泥海床上的衰减研究的综述.介绍了各种模型,包括:粘性流体模型、粘弹性流体模型、多孔弹性体模型、非线性的宾汉流体模型及边带阻尼理论.与实验及野外观察结果进行了比较.评论了各种模型的现状、优缺点及发展趋势.     

非线性水波Hamilton系统理论与应用研究进展

概述了辛几何理论与辛算法在Hamilton力学中的应用，综述非线性水波的Hamilton理论研究进展．阐述非线性水波Hamilton变分原理与方法的优越性与局限性，探讨KdV方程和BBM方程的Hamilton描述、对称性与守恒律，提出非线性水波Hamilton描述研究中有待进一步研究的问题和解法设想．     

水波泵研制的流体力学理论与设计计算

介绍了作者正在研制的水波泵目前所涉及到的流体力学理论。水波泵是一种巧妙地综合气波增压器和水锤泵功能的全新的水泵,它通过合理利用水波动力的特殊性质,将来流中的总体能量进行重新分配,使一部分来流水提高到所需的高压力,而其余部分水则降到较低的压力,即完成一个大多数能量向部分来流水转移的过程。该泵的研制对于充分开发和利用自然水力资源或工业与民用水循环系统的废弃能量,具有良好的经济价值及社会效益。文中在介绍水锤泵工作原理的基础上,分析了水击动力现象的产生和利用方法,再通过流体力学理论研究与计算,得出了水波泵一系列有用的设计参数,设计计算表明,水波泵的设计研究在流体动力学理论研究和运用具有突破性的意义,并达到预期的效果。     

矩形及其扩展形状港湾内的水波共振

从理论上给出了矩形封闭港湾的特征参数表达式,并采用Boussinesq模型模拟比较了矩形及其扩展形状港湾内的水波共振现象,研究了边界对港湾共振的影响。通过定义无量纲参数熵定量比较了不同港湾内各模态能量分布的集散度。结果表明,矩形港湾短边界曲率的微小增加,可以使得港内能量分布到更多的模态,有利于改善其内的水波共振。     

我国运动稳定性研究的新进展

综述了近年来我国运动稳定性(包括力学系统、控制系统、人口系统、生态系统和大系统的稳定性)及其一般理论的研究进展。      

变分原理与非线性水波的Hamilton描述

本文用全变分方法导出水波动力学问题的基本方程组,再用平均势函数Ｆ（Ｘ,ｔ）渐近表示速度势函数（Ｘ,ｙ,ｔ）和Ｌａｇｒａｎｇｅ函数Ｌ（Ｘ,ｙ,ｔ）,导出具有Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ形式的方程．研究了Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则方程的简单推导问题．     

Stokes波的对称分叉

从四阶Zakharov方程出发修改了Saffman & Yuen的理论,消除了他们关于调制波数p~2+q~2《1的假定,得到丁较之合理的三维分叉波形,该波形与Su的试验结果和Meiron等人的数值结果是一致的。研究结果说明对称分叉是由于ClassⅡ不稳定性所诱发的。     

变深度浅水域中非定常船波

以Green—Naghdi(G—N)方程为基础，采用波动方程／有限元法计算船舶经过变深度浅水域时非定常波浪特性．把运动船舶对水面的扰动作为移动压强直接加在Green-Naghdi方程里，以描述运动船体和水面的相互作用．以Series60 CB＝0．6船为算例，给出自由面坡高，波浪阻力在船舶经过一个水下凸包时变化规律，并与浅水方程的结果进行了比较．计算结果表明，当船舶经过凸包时，波浪阻力先增加，后减少，并逐渐趋于正常．同时发现，当船速小于临界速度时(Fr＝√gh＜1．0)，G—N方程给出的船后尾波比浅水方程的结果明显，波浪阻力也比浅水方程的结果有所提高，频率散射必须考虑．当船速大于临界速度时(Fr＝√gh＞1．0)，G—N方程的计算结果与浅水方程差别不大，频率散射的影响可以忽略．     

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针对红透山深部断层下巷道围岩破坏诱发的涌水现象,以该矿水文地质条件 为基础,建立了岩体水力学模型,应用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统 (RFPA$^{\rm 2D}$-Flow)模拟研究了深部断层下巷道围岩破坏过程：裂隙形成、扩展到突水通 道最终贯通形成涌水的全过程. 通过对损伤区分布、应力场和渗流场的演化规律进行分析, 揭示了巷道应力重新分布诱发损伤及渗流涌水规律,对涌水通道进行模拟定位,为红透山铜 矿深部巷道支护防渗设计提供了科学依据.     

现代力学的发展

本文简要说明现代力学的由来,提出现代力学学科发展的纲目划分的设想,扼要评述现代力学学科中作为纲的学科的现况和发展。在此基础上提出现代力学的特点、发展动力和对力学工作者的要求。      

输液管模型及其非线性动力学近期研究进展

综述了输液管系统的各类物理模型及其相应的数学模型,在流体满足基本假设条件下,对于管道内径远远小于管道长度的直管和曲管,详细叙述了梁模型管动力学数学模型的建模过程以及建模方法,针对在水动压力作用下以及管道短而且薄的情形,综述了壳模型的输液管道的动力学方程.在此基础上,概述了近几年来输液管道的非线性振动、稳定性、分岔与混沌、特别是管道控制的研究现状,并对今后的发展趋势作了分析和预测.综观非线性动力学理论的发展历程可以发现选取研究对象和典型的数学模型是至关重要的.对于低维的非线性系统,常常选用van der Pol、Duffing、Mathieu、Lorenz等典型系统来进行研究工作的.通过本文可以看出,对于研究高维非线性系统动力学,流诱发输液管的动力学问题是非常典型的模型之一,它有着容易理解的工程背景、包含了梁和壳的振动问题,并且它的数学模型相对简单,然而却能包含非常复杂的非线性动力学现象,同时容易解释数学方法得到的结果易对应到工程中的实际现象.本文希望通过对输液管动力学模型及其非线性动力学和控制研究现状的综述,建立高维非线性动力学的分析模型,以便发展高维非线性动力学的分岔与混沌理论,同时建立相应的控制理论基础.      

ON BREAKING WAVES AND WAVE-CURRENT INTERACTION IN SHALLOW WATER: A 2DH FINITE ELEMENT MODEL

A two-dimensional (horizontal plane) coastal and estuarine region model, capable of predicting the combined effects of gravity surface shallow- water waves (shoaling, refraction, diffraction, reflection and breaking), and steady currents, is described and numerical results are compared with those obtained experimentally. Two series of observations within a wave flume and a combined wave-current facility were developed. In the first case, the wave was generated via a hinged paddle located within a deepened section at one end of the channel, as, in the second case, the wave propagating with or against the current was generated by a plunger-type wavemaker; the re-circulating current was introduced via one passing tank connected to a centrifugal pump. Several comparisons for a number of 1D situations and one 2D horizontal plane case are presented.     

页岩黏土孔隙含水饱和度分布及其对甲烷吸附的影响

考虑储层原始含水特征,甲烷在页岩的吸附特征属于气液固三相复杂作用结果,水分在很大程度上影响页岩吸附能力,将成为制约页岩气资源量评估可靠性的主要原因之一.鉴于页岩水分主要分布于黏土等无机矿物孔隙内部,分析了甲烷-水膜-页岩黏土三相作用特征,结果表明:甲烷在干燥黏土表面吸附满足气固界面Langmuir吸附特征,在黏土水膜表面吸附满足气液界面Gibbs吸附特征,在气液固三相作用下满足"气固"与"气液"界面混合吸附特征;同时研究还发现:不同尺度孔隙内含水饱和度分布特征存在差异,部分小孔隙可以被水分充满,而大孔隙仅吸附一定厚度水膜.因此,水分对甲烷吸附能力的影响主要表现为两个方面:小孔隙被水分阻塞而失去吸附能力;大孔隙表面水膜改变甲烷吸附特征(气固界面吸附转变为气液界面吸附),以黏土样品为例,两者综合效应可以致使甲烷吸附能力降低约90%.从微观角度揭示了水分对页岩吸附能力的影响机理,将为建立合理评价页岩吸附气含量的方法奠定理论基础.