透空式防坡堤周围的非线性波浪传播的数值模拟

对非线性波浪在透空式防波堤周围的波浪变形进行了数值模拟,在Boussinesq波浪方程中加入与透空建筑物有关的新耗散项,从而界定了透空建筑物引起的部分反射和透射,波浪折射—衍射的传播过程通过控制方程求解。波浪控制方程通过有限差分方法求解。模型应用于模拟波浪经过具有部分反射的群桩式透空结构,结果表明透空式防波堤可以有效地衰减波浪和作为重力式结构的一种替代方式。     

波浪模型试验中水密度对相似性的影响

在海浪作用下的防波堤或护岸工程等水工物理模型试验中,一般采用淡水模拟海水。由于模型中淡水密度小于工程中的海水密度,会导致模型中水工建筑物或块体受到的浮力、压力、波浪力等比用海水时小,并使模型中水工建筑物或块体的稳定性相似受到影响。从工程角度考虑,这种影响是偏于危险的。文中基于重力相似准则,推导了考虑原型和模型水密度差异的相似关系。海水压力及波浪力可采用新的相似关系,对于可以控制密度的水工建筑物或人工块体,通过减小密度的办法减小质量,保证其运动相似。对于原型块石,为满足运动相似,可直接减小其质量,体积也相应减小。利用本文修正方法,将使波浪模型试验数据更接近真实情况,研究成果更科学、合理。     

波浪作用下可渗沙质海床模型相似率研究*

海床渗流是海洋工程设计中重点考虑的因素之一，其影响着建筑物的稳定性，严重时还会引起海床液化。现有波浪与海床相互作用的有关研究尚未解决实验室内海床的模拟方法问题。基于此，进行波浪作用下可渗沙质海床模型相似率研究，通过系列波浪水槽物理模型试验，基于原型孔隙水压力与模型值相似的条件，提出实验室内模拟海床的相似准则。结果表明：沙质海床相似比尺与模型几何比尺的关系为λ海床=λ1/3。     

弧形防浪墙波浪力的试验研究

在斜坡式防浪建筑物中,为满足越浪与稳定要求,减少工程投资,常在堤顶设置防浪墙。通过三分力天平对常用的直立式、不同墙底高程和墙高组合下的圆弧式防浪墙进行物理模型试验,直接测量作用其上的波浪力,分析不同形式下防浪墙的整体稳定性,讨论防浪墙形式引起的波浪力的变化关系。     

大型椭圆墩式码头波浪力计算与试验分析

椭圆墩式码头为一种较为新型的墩式码头结构形式，目前水运工程相关规范对大型椭圆墩式码头的波浪力计算等尚不完全适用。基于水运工程规范中墩柱波浪力计算理论，结合工程案例和试验数据进行对比研究。结果表明：1)对于大型椭圆墩式码头，小尺度桩体横向波浪力实测值小于计算值，大尺度墩体纵向波浪力实测值大于计算值。2)对于小尺度桩体，水运规范计算方法不能反映边墩与中墩的波浪力差异，边墩横向波浪力实测值略小于中墩。对于大尺度墩体，规范计算不能充分反映出边墩和中墩的纵向波浪力差异。3)对于重要工程，建议波浪力以物模试验结果为准。     

某油缸式主动波浪补偿系统的动态特性分析

基于AMSim仿真平台建立包括液压元器件、气动部件、机械传动部件,以及控制算法在内的油缸式主动波浪补偿系统的机液耦合仿真模型,分析被吊货物质量、吊重钢丝绳长度、主动波浪补偿模式开启时刻,MRU传感器误差等因素对主动波浪补偿吊机补偿系统动态特性的影响,结果表明,在控制方式和外界条件相同的条件下,而货物质量不同时,补偿响应速度和精度的差别很小;钢丝绳长度对补偿精度的影响可以忽略;从非波浪补偿模式切换至波浪补偿模式时,在升沉运动的零位置切换至主动波浪补偿模式切换更平稳快速;提高MRU传感器和气瓶压力传感器精度对补偿精度有利。     

船模六自由度运动量的接触式测量

在系泊船模在波浪中的运动水工模型试验中,设计了一种试验测量仪器.该仪器可用于测量波浪作用下系泊船模的六自由度运动量.将6支拉绳式位移传感器固定在船模上方,每个传感器的拉绳均与下方的船模固定.船模晃动时会带动6根拉绳.根据6根拉绳长度变化和前一时刻船模的姿态,可以计算出船模运动的六自由度运动量.经波浪试验表明,该仪器可以很好地反应系泊船模的六自由度运动量,达到了预期的目的.     

非线性波浪载荷在船舶剖面优化中的影响

采用非线性波浪载荷程序对超大型集装箱船在不同船体梁刚度下垂向波浪载荷响应进行理论计算,分析了船体梁刚度对波浪载荷的影响,并给出民船结构优化模型中非线性波浪载荷的计算方法,对比非线性波浪载荷在船体剖面优化中的影响.计算结果显示,船体梁刚度的下降会导致作用在船体梁上的波浪载荷显著增大,考虑波浪载荷影响后,中剖面面积优化效果...     

在墩柱群周围波浪变形的数值模拟

我们曾经将基于Boussinesq方程的波浪数学模型用于研究海岸带非线性波浪的传播变形以及与建筑物的相互作用，数学模型采用有限差分法解出，为进一步验证模型的正确性和使用价值，又将模型用于解决浅水区域的墩柱群周围的波浪变形，结果得出较为精确的波浪分布，并表明保持适当间距的墩柱群可以有效阻挡波浪的传播，削减波浪强度，起到良好的防波效果，可望成为重力式防波堤的1种有效替代方案。     

漂浮式海上风电塔新型基础设计

结合不倒翁不易倾覆的原理,提出半球壳形式的漂浮式基础,采用数值模拟验证新型基础形式的可行性与结构的整体稳定性,借助Morison理论和线性波理论构建波浪载荷模型,考虑风电塔结构在不同波浪载荷模型下的运行工况,得到风电塔结构在不同工况下的响应规律。结果表明,使用该种新型基础的海上风电塔结构在微浪、轻浪,以及中浪载荷下具有很好的稳定性;在巨浪载荷作用下,漂浮式风电塔结构发生较大幅度晃动,但不会发生倾覆,满足漂浮式海上风电塔安全稳定性要求。     

外海开敞式高桩码头上部结构波浪上托力的计算

通过对波浪作用下外海开敞式高桩码头上部结构所受上托力的分析研究,指出通过模型试验得出的波浪上托力的计算公式有一定的局限性,针对不同长宽比的矩形平台给出规则波作用下波浪上托力的作用宽度、作用范围和总上托力的计算方法.     

单点悬挂式结构物水动力性能和结构强度分析

以某单点悬挂式海洋结构物为例,采用数值方法对其水动力性能和结构强度进行分析。建立结构物水动力模型和结构有限元模型,创建附加刚度矩阵模拟悬挂点的约束作用,采用三维频域势流理论和Morison理论计算结构物的水动力性能和波浪载荷。考虑结构物自身重力、浮力、波浪力、惯性力和悬挂点约束力等载荷的作用,采用有限元法分析其结构强度,为悬挂式结构物的设计和计算校核提供参考。     

透空式梳式防波堤的数值模拟和波浪透射系数的研究

基于FLUENT求解器,采用源函数造波方法建立了三维数值波浪水槽,应用不同的造波源函数生成线性波浪、二阶Stokes波浪和不规则波浪.建立了规则波浪和不规则波浪与梳式防波堤相互作用的数值模型,验证了水平波浪力折减系数和堤前反射率的数值结果;并对梳式防波堤有效减小波浪力的机理进行数值解释.对透空式梳式防波堤的透浪特性进行...     

软黏土地基上沉箱式防波堤在波浪作用下失稳模式分析

沉箱式防波堤作为一种典型的防波堤结构形式,以往大多建立在地质条件较好的水域。随着海岸建筑物向离岸、深水和地基软弱地区的发展,恶劣的海洋环境及软弱的地质条件对防波堤设计理论和方法提出了新的、更高的要求。结合实际工程,利用规范方法对沉箱式防波堤稳定性进行了验算并得出最危险工况。通过有限元法研究其失稳机理与破坏模式,分别对无护肩块石、有护肩块石的沉箱式防波堤两种工况进行计算分析,计算结果表明:随着波浪力的增加,软黏土地基尚未形成贯通塑性区发生破坏时,无护肩块石的沉箱式防波堤首先发生滑移失稳破坏;有护肩块石的沉箱式防波堤首先发生倾覆失稳破坏,并且与规范中以后踵为转动点不同,失稳模式为绕沉箱底面以下中轴线偏右某点发生转动失稳。     

斜向波浪对斜坡堤胸墙作用力的试验研究

斜坡堤胸墙的稳定性主要受到波浪作用的影响,而且实际工程中斜坡堤多受斜向波浪作用。通过斜向与正向不规则波对斜坡堤胸墙作用的物理模型试验研究,分析斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数随水位和波浪入射角度的变化规律,并与斜向波浪对单元直立堤的作用情况进行对比。结果表明:斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数总体上随着水位的降低而变小,随着波浪入射角度的减小而变小;斜向波浪总浮托力的折减系数一般小于总水平力的折减系数;在不同水位和波浪入射角下,斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数与单元直立堤有一定差别。     

长周期波浪下双浮箱浮式防波堤消浪性能*

长周期波作用下浮式防波堤消浪性能的研究对于浮式防波堤的工程应用起着重要作用。基于开源软件OpenFOAM,采用RANS方程和SST k-ω紊流模型模拟流场,通过重叠网格方法实现波浪-浮式防波堤相互作用的模拟。移植并应用MOODY程序库,构建二维流固耦合双浮箱数值波浪水槽模型。通过已有物理模型进行验证,证明模型的可靠性。进而开展单双浮箱消浪性能对比研究,分别研究波高、浮箱个数、浮箱间距和锚链刚度对浮箱消浪性能的影响。得出结论：1）波高增加时浮箱消浪性能提高;2）为提高消浪性能,应尽可能采用双浮箱（或者多浮箱）缩短浮箱间距;3）增加锚链刚度也可以提高浮箱的消浪性能。     

浅水中质量源造波方法

针对质量源造波过程中源区上方水体高度难以确定的问题提出了改进方法,将源区高度值考虑到源强方程中,避免了造波过程中源区上方水体高度值多次试算带来的不便。该方法弥补了质量源造波方法在水深小于1.5 m的浅水中所造波浪与理论波浪之间差距较大的缺陷,尤其是水平网格步长与源区高度值相比小于10的情况,推广了质量源造波方法在浅水中的应用。文中验证了波高对所造波浪的影响以及时间步长对浅水中所造波浪的影响,得出结论:当波高与水深的比值小于0.2时所造波浪波高与理论值的拟合较好;当时间步长小于0.005 s时所造波浪无明显的上下漂浮现象,波形稳定,符合理论波形要求。     

码头前系泊船舶撞击速度研究

采用时域数值模型,对横浪作用下码头前系泊船舶的运动响应进行了研究,分析了波高、周期、水深、船舶尺度及码头型式等因素对撞击速度的影响.结果表明:当波浪周期小于般舶自振周期时,撞击速度随波高的增加线性增长;波浪周期越大,撞击速度越大;船舶装载度(吃水)越小,撞击速度越大;墩式码头(无限开敞水域)中系泊船舶的撞击速度大于岸壁...     

低桩承台直立式结构波浪作用力研究

针对低桩承台直立式结构的波浪力计算,设计通常参考《港口与航道水文规范》中波浪对直墙式建筑物的作用力计算方法,但由于承台前沿线与承台下方的直立墙不在同一直线上,使得两者的波浪力存在差别。以深圳机场三跑道海堤工程为研究对象,通过物理模型试验,研究不规则波作用下低桩承台直立堤波浪作用力变化规律。研究结果表明,承台底部冲击压强在Δh/H_s=0. 2附近出现峰值;承台前沿波浪压强受承台结构的影响较小,其变化规律与直墙式建筑物波浪压强相似;承台下方直立墙波浪压强在-0. 5Δh/H_s≤1. 5时,具有明显的冲击特性,是普通直墙式建筑物波浪压强的数倍。     

港域波浪联合绕射、反射特性试验研究

针对港域波浪在绕射、反射联合作用下波况复杂的特点,基于港口波浪整体物理模型试验,对不规则波作用下港域内波高扰动系数的分布规律进行研究。研究表明:在波浪绕射作用或波浪反射作用占主导地位的掩护区域,多向不规则波的扰动系数与谱峰周期正相关,且周期相差越大,扰动系数相差越大。在波浪反射占主导地位的波浪绕射联合作用下,单向不规则波的扰动系数随谱峰周期的变化无明显规律性关系,且波浪反射对波向十分敏感。在存在原有建筑物反射的物理模型试验中,需要将模型边界反射模拟准确,否则可能造成试验失败;数学模型亦然,对相关建筑物需选取合适的反射系数。研究结果对后续的港口工程建设有重要的借鉴意义。