不规则波在斜坡地形破碎区波高分布的数值试验研究

在近岸浅水波浪分布的研究中,格鲁霍夫斯基给出适用于深水波至破碎波的整个浅水域(相对水深η>2)的波高经验分布公式,但该式在波浪发生破碎后的适用性研究欠缺。基于FLOW-3D软件对深水不规则波传播到斜坡地形上波浪发生破碎进行模拟,验证波高沿程分布与试验值的一致性,并模拟在130斜坡地形条件下波浪从有限水深传播到近岸破碎区的沿程波高分布变化。结果表明,在该坡度相对水深η<2.75情况下,格鲁霍夫斯基经验分布公式出现较大误差,不再适用;破碎区各累积率波高与平均波高的比值随相对水深变小呈递减趋势,经验公式值与之相比,总体上呈现出大波偏大、小波偏小的情况。     

坡度对波浪统计特征的影响

为了明确坡度对不同波浪统计特征的影响,利用数值模型对波浪在不同坡度斜坡上的传播进行模拟,分析波浪的非线性参数和波高分布等,比较不同坡度下波浪的传播特性。结果表明,在相同条件下,随着波浪在斜坡地形上传播,波高会随着水深的变浅逐渐增大;坡度对于波浪的波高分布具有较大影响,当坡度较大时,波浪传播至斜坡较浅水深时的波高分布接近瑞利分布,当坡度逐渐减小时,相同波高的发生概率逐渐减小;而Ursell参数则不会随着坡度的变化有明显的变化。     

斜坡型潜导堤波浪力特性的数值研究

为研究各水位期不同波高作用条件下,斜坡型潜堤所受波浪力的特性,基于某潜导堤工程设计与物理模型资料,采用FLUENT软件建立二维波浪数值水槽,用物理模型试验数据验证模型的可靠性,对不同淹没水深和波高下斜坡型潜导堤所受波浪力进行数值计算,分析波浪力与相对波高、相对淹没水深之间的关系,结合其他形式潜堤波浪力的经验计算公式拟合得出该斜坡型潜导堤堤顶面最大波浪力计算公式。结果表明:波浪力大小受相对波高、相对淹没水深的影响较为显著,其影响机理与波浪场流体运动特征相关;相对于波高的变化,波浪力对淹没水深的变化更为敏感,且波浪力在不同的淹没水深区间和不同的作用位置均呈现出不同的变化规律。     

波浪作用下矩形沉箱墩群受力规律试验研究*

墩柱式透空码头在波浪作用下的结构受力较复杂,对于矩形沉箱墩,国内现行的港口工程规范只解析了波浪正向和45°斜向作用下单个沉箱所受水平总力,并无墩群中波浪力衰减规律的计算方法,已有研究也少见相关成果。以茂名某重力墩式散货码头工程为例,通过开展三维物理模型试验,研究波浪作用下矩形沉箱墩周围的波高分布及沿程衰减规律、代表性沉箱墩所受水平、侧向和浮托总力及倾覆力矩沿程衰减规律。结果表明：本工程首先受到波浪作用的5个沉箱墩范围内波高衰减幅度最大;不同沉箱所受波浪力的沿程衰减幅度,呈现出与波高沿程衰减一致的规律;规范中的圆柱形墩的群墩系数计算方法不适用于矩形沉箱墩群结构。     

砂质海床波浪传播衰减试验研究

近岸海床对波浪传播的影响是客观存在的。为研究砂质海床上波浪传播的衰减情况,综合考虑砂质海床孔隙率、海床相对厚度、波陡和相对传播距离等影响因素,开展砂质海床上波浪传播衰减物理模型试验。通过分析各影响因素与波高衰减率之间的关系,应用单一变量与多元非线性回归拟合方法,分别得到砂质海床上规则波浪与不规则波浪的波高沿程衰减率的计算关系式。验证结果表明,该计算关系式具有较好的精确性与适用性。     

潜堤掩护水域波浪计算方法

采用波浪断面物理模型试验和数学模型耦合的方法,研究了抛石潜堤后方掩护水域的波浪计算方法。潜堤后方掩护水域波高由潜堤越浪后的再生波、潜堤间口门绕射波和小风区浪组成,其主要影响因素有潜堤结构形式、入射波浪要素、风区长度等。采用耦合模型,根据物理模型试验的结果,验证数模计算成果,考虑了越浪波高传递的沿程衰减,波浪相互作用时的能量损耗等因素,通过调整波浪破碎指标和波浪能量耗散参数,直接计算堤前设计波浪要素,计算结果更符合实际,为工程设计提供科学依据。     

不同因素对潜堤波浪传播的影响

针对波浪穿过梯形潜堤时的波浪形态沿程变化问题,以梯形潜堤为研究对象,通过二维水槽试验,研究梯形潜堤上规则波的传播特征。以比波高为参数分析不同波浪要素(波高、周期和水深等)对波浪传播变形的影响。试验结果表明,其他条件不变时,入射波高越大、波浪周期越小、堤顶淹没水深越小时,波高在潜堤上方衰减越明显。在有足够水深,且波高较小时,波浪对潜堤均有良好的穿透性;波高较大时,波浪在潜堤上部发生破碎,波浪穿过潜堤后波高衰减,此时潜堤的消波作用明显;在波浪不发生破碎情况下,较长周期波浪在潜堤顶部比波高增大,且出现双峰值。     

基于统计过程控制理论的张力腿平台有效上浪波高分析

文章以统计过程控制理论(Statistical Process Control,SPC)为基础提出了一种张力腿平台甲板有效上浪高度计算模型,针对海浪波高是随机过程这一不确定因素导致的上浪波高没有确定解的情况,分析计算了波浪谱下的张力腿平台相对运动和有效上浪波高,计算得到了有效上浪波高控制中心均值、下管制限值、上管制限值和相应发生概率。由相同波浪参数下不同波浪谱计算得到的有效上浪波高控制中心均值相同这一结论,发现波浪能量在不同谱之间的分布是相同的,说明波浪能量在时间维度、空间维度和频率维度的分布是一致的。在求解有效上浪波高控制中心均值时,提出了能更好刻画波高在波浪参数下的分布形式的面积均值法,并由此方法计算控制中心均值和上管制限值。以一型张力腿平台为例,针对波浪谱中超过某一发生概率的情况,运用统计过程控制理论和SPC控制图,计算了有效上浪波高控制中心均值、下管制限值和上管制限值,判断随机有效上浪波高是否处于统计控制状态,发现了波浪谱中的发生概率越大,随机有效上浪波高越可控这一规律。比较不同波浪入射角的有效上浪波高控制中心均值,发现了不同波浪入射角对有效上浪波高影响不大、发生概率对有效上浪波高影响较大的规律。最后基于统计过程控制理论计算得到整个有效上浪波高均值、发生概率、下管制限值和上管制限值。提出了在有效上浪波高均值和上管制限值之间结构物会受到交变载荷的作用容易疲劳损伤和腐蚀损伤的建议。结果表明该方法可以对张力腿平台有效上浪波高进行计算,并可推广应用于其它海上结构物的有效上浪波高计算。     

江苏沿海实测波浪谱在SWAN中的应用

采用CCMP提供的寒潮大风天气风场数据,分别运用实测波浪谱和JONSWAP谱的SWAN模型对江苏沿海北部波浪场进行模拟,发现采用实测谱的计算结果与实测值更接近,模拟出的波高随时间变化过程更吻合。应用实测谱对工程区域进行波浪场推算,得到了合理的结果。     

盘锦某人工岛项目设计波要素数值模拟

针对盘锦某人工岛设计波要素的计算问题,采用MIKE21大范围波浪数学模型方法,在现状地形情况下,对工程实施前附近海域的波浪场进行模拟,计算了工程附近水域的重现期深水波要素和设计波要素。结果表明：1)外海波浪传播至工程区域时,工程位置主要受SW向及SSW向波浪作用。2)波高在-10 m等深线内变化相对较大,传播至工程区域波高衰减约50%左右。3)工程区域东西两侧为浅滩区域,波浪发生破碎,波高衰减明显。4)波浪主要沿深槽进入到工程护岸前沿,SSW向波浪的波高略大于SW向波浪。     

枢纽下游泄水波传递及对船队航行影响研究

根据已建枢纽非均匀下泄水流的调度和实测资料,采用二维水流数学模型研究模式,结合水流对船舶的阻力计算,研究了泄水渡传递运动规律和对上行船舶的阻滞作用.研究表明:泄水波波锋处产生的附加水面比降和流速与泄水波产生前水面比降和流量以及枢纽下泄流量方式有关,泄水渡传递速度呈沿程递减、波峰逐渐坦化规律.通过对碍航河段采取工程措施减小水流流速以及减小枢纽泄流变化幅度、延长流量增加的调度时间等方法,可减小泄水波尺度,削弱水流对行船的阻滞作用,有效改善船舶上滩条件.     

海上平台利用TLD的减震研究

通过减震试验和数值计算来研究液体调频阻尼器(TLD)在地震荷载作用下对渤海CB32A海上平台的减震作用。减震试验主要研究缩尺后TLD对平台模型在EL Centro波、天津波及规范谱拟合人工波作用下所产生的振动反应的影响。数值计算主要研究原型结构受上述地震波的激励作用的TLD减震效果。结合试验和理论分析结果,给出了海洋平台结构的TLD减震控制的一般设计方法,以供设计人员参考。     

Experimental study of freak wave impacts on a tension-leg platform

This study investigates the freak wave impinging on a tension-leg platform through wave flume experiments. The freak waves are generated using the focused wave theory. By adjusting the wave focusing location, different incident wave scenarios at the structure location are produced. Simultaneous measurements of wave shape evolutions upon impingement, wave impact pressures on the platform deck, platform motions and tether forces are carried out for synchronized analyses of the wave kinematics/dynamics and structural responses. The variation of these parameters with the incident wave profile is studied. It is found that although applying less intensive local impact pressures as compared to the highly-breaking freak wave, the slightly-breaking or non-breaking freak wave imposes the same level of adverse effect on the platform's global stability in terms of motions and tether forces. In addition, the high-crest freak wave causes violent motions of the floating platform, which are likely to induce snap loads of large amplitude and high occurrence frequency in tethers. The published results would provide useful benchmarks for validating numerical and analytical models.     

深水半潜平台波浪载荷模型试验研究

波浪载荷作为海洋平台在生命期内最重要的载荷形式,正确评估海洋平台的波浪载荷对结构的安全性具有重要意义.本文对一座深水半潜平台的波浪载荷进行模型试验和数值计算验证研究,模型缩尺比为1:40.采用三维势流理论对半潜平台的波浪载荷进行数值仿真验证计算.验证结果表明本次模型试验方法较好地模拟了半潜式平台所承受的波浪载荷,其研究成果,可为半潜平台的设计提供支持.     

秦皇岛港山海关港区3.5万t级通用泊位续建工程设计波要素分析

依据秦皇岛海洋站和芷锚湾海洋站多年实测资料,分析了不同重现期的波浪要素,经过地理位置的相关分析和折射影响,用TK-2D的PEM模型确定了工程区域各等深线处的设计波要素,模型可以同时考虑波浪折射、底部损耗、波浪破碎及风等因素对波浪传播的影响。     

作业水深对浮式半潜平台波浪砰击的影响

结合模型试验,基于数值重构和外推的计算模型,采用时域全耦合分析方法,对浮式半潜平台全尺寸锚泊系统以及风、浪、流载荷的联合作用进行模拟,针对动力辅助锚泊定位平台与锚泊定位平台在不同作业水深下的波浪砰击进行对比研究。研究结果表明：浮式半潜平台关注点处波浪砰击次数受作业水深的影响敏感。平台在同等环境工况下,关注点处负气隙以及波浪砰击次数随着作业水深的增加而加剧。动力辅助锚泊定位平台较之于锚泊定位平台的随动性更好,可有效减小平台与水质点的相对运动,作业水深变化引起的动力辅助锚泊定位平台同一关注点的砰击次数、气隙变化以及改善幅值明显优于锚泊定位平台。在平台设计过程中,作业水深对平台气隙和波浪砰击的影响应引起重视。     

随机波浪载荷作用下深水自升式海洋平台动力响应分析

基于有限元方法,建立了深水自升式海洋平台的数学模型。结合线性化的莫里森方程和随机波浪理论,采用谱分析方法计算随机波浪栽荷。以某典型深水自升式海洋平台为原型,利用ANSYS有限元软件建立了平台的有限元模型。在此基础上,对平台结构分剐进行了的模态分析和动力响应分析,分析得到了平台的频率特性和动力特性。     

基于ITTC的实船试航航速修正方法

依据ITTC 7.5-04-01-01.2,并结合ISO 15016（2002）中关于实船试航航速修正方法,以EXCEL为平台,通过VBA编写程序,建立了一种考虑风、波浪、水温、航行状态和浅水等影响因素的船舶试航航速修正方法,可以快捷方便地对试航航速进行修正,得到深水、无风、无浪、无流条件下的船舶航速、主机功率、螺旋桨转速及相应压载吃水和结构吃水工况下的S-P曲线。最后将软件应用于某散货船实船航速修正中,经对比分析表明其修正结果与船模试验的变化趋势是一致的。     

栾家口和蓬莱东港区波浪特性与掩护水域波况研究

根据龙口、蓬莱海洋站实测波浪资料,分析烟台港栾家口港区和蓬莱东港区的波浪特性,结果显示该海区属于以风浪为主、涌浪为辅的混合浪。利用TK-2D的PEM波浪数学模型模拟工程前波浪,得到工程区设计波要素,栾家口港区的强浪向是偏WNW向,蓬莱东港区的强浪向是偏NE向。利用MIKE21的BW方程波浪数学模型对平面布置方案下港内的波况进行模拟。在掩护水域由于采用直立式码头,波浪发生多次反射,码头前波高较大,为减小港内波高,对方案进行优化,采用高桩等反射率小的码头结构型式,可以消散港内波能,有效减小码头前波高。     

几种自升式平台桩土作用有限元简化方法的比较

文章以某一自升式海洋平台桩腿结构作为研究对象,在分析环境载荷作用下自升式海洋平台桩腿—土相互作用机理的基础上,结合通用有限元软件ANSYS,对于如何在有限元建模中正确地考虑桩腿—土的相互作用的问题进行了研究,建立了完整的海洋平台桩腿模型,并分别采用了三种不同的有限元建模方法来模拟土层和桩腿之间的相互作用,通过有限元计算结果与实际检测样本数据的比较,分析了三种简化方法的准确性和可行性。