Ochi-Hubble双峰谱在近岛礁海域的适用性研究

从深水区域传播到近岛礁区域的波浪,由于复杂的珊瑚礁地形地貌,波浪谱的特征与深远海有很大差别。论文以西沙某岛礁泻湖内区域的台风波浪谱实测资料为基础,对常用的Ochi-Hubble谱在近岛礁海域的适用性进行评估,考察近岛礁双峰谱影响参数的变化特性,获得混合浪风浪和涌浪成分的参数拟合式,为后续南海近岛礁海域波浪谱特征的准确描述奠定基础。     

南海岛礁泻湖区域波浪双峰谱的特征研究（英文）

当波浪从深水区传播到岛礁的浅水区域时，由于珊瑚礁复杂的地形地貌，其波浪谱特征与深海中的波浪谱特征会有较大差异。根据南海西沙环礁泻湖内原位测点的波浪谱实测数据，双峰谱发生概率较大。本文首先分析了夏季台风浪和冬季东北季风浪两种典型海况下平衡范围内双峰谱的斜率，发现其斜率值与深海区有较大差异，进而得到低频峰值频率和高频峰值频率的特征值分布范围。然后基于以上分析，采用基于Ochi-Hubble谱型重构泻湖内的双峰波浪谱，得到混合波浪中风浪分量和涌浪分量的参数表达式，较好地描述了岛礁海域双峰波浪谱的特征。本文的研究成果可为近岛礁工程和海洋工程的结构物设计制造提供参考。     

预报超大型浮式结构物水弹性响应方法的比较

超大型海洋浮式结构物(VLFS)在利用海洋空间和开发海洋资源方面有着很大的实用价值.但如何精确有效地计算和预报其在波浪中的水弹性响应是设计过程中的一个非常重要的技术问题.目前,很多学者提出了不同的简化方法来预报VLFS的水弹性响应.文章全面地介绍了关于计算VLFS水弹性响应的解析方法和数值方法的研究现状,并将相应的数值结果与已有的试验数据相比较,进行了分析讨论.     

可渗透岛礁环境下的波浪运动研究

文章应用边界单元法,依据波浪绕射理论研究了潜淹没岛礁上的波浪运动问题。研究中分析了岛礁的渗透性、排布的数量、环礁泻湖的深度等因素对于岛礁消波作用的影响,获得了不同岛礁环境下波浪的透射系数、反射系数。研究发现,可渗透岛礁的消波效果比不可渗透岛礁差,且孔隙率越大,岛礁对于波浪的消波效果越小;单个岛礁对长波有明显的消波作用,而对中短波几乎没有影响;但随着岛礁排布数量的增加,岛礁群对于中波的消波效果增加;环礁的消波效果受到泻湖深度的影响,在一定范围内,泻湖的深度越大,环礁对于中短波的消波效果越好,但当泻湖深度达到一定数值后,继续增大深度,消波效果基本没有提高。     

基于离散模块梁单元水弹性理论的复杂连接处建模方法

[目的]在离散模块?梁单元(DMB)水弹性理论框架下,提出针对连接形式复杂的超大型浮体结构(VLFS)的新的建模方法,并与已有方法进行对比分析.[方法]首先,概述基于DMB的水弹性分析方法,给出求解连续VLFS结构在波浪作用下的动力响应步骤;然后,针对VLFS复杂连接处进行建模,通过定义连接处的刚度矩阵,对与连接处相邻...     

超大型浮体结构在规则波中的水弹性响应理论研究

介绍颇具先进性和强大处理功能的三维水弹性计算程序，它能开展近似于实际复杂海域环境下的不同类型的超大型浮体结构(VLFS)水弹性响应分析。为了阐明它的功能，进行了两个试算。首先计算了刚性和重量变化下的不对称超大浮体，然后进行了不同水深时的分析处理。通过与Utsunomiya的相应水弹性响应分析的比较，证实了它的适用性。最后还对实际超大浮体模型，进行了计及防浪堤影响下的1000m级超大浮体第二段模型的模拟计算，获得了合理的水动力性能。另一个试算是对长4770m、最宽处达2055m的东京湾机场模型的模拟计算。模拟结果显示了VLFS的特有水弹性性能，其结果与相似的超大矩形板极为吻合，从而证实了该程序的实际应用计算的可行性。由此证明了该程序对于大范围真实的VLFS的适用性。结论是：本文所提供的三维水弹性响应程序，不失为以实际超大型浮体结构为对象的一个强有力的应用设计工具。     

台风"莎莉嘉"过境期间某泻湖内波浪特征分析

通过在某岛礁泻湖内布置ADCP波流测量仪器,采集到2016年21号台风"莎莉嘉"期间的波浪数据.结合布置在泻湖口处风速仪的风实测数据,本文对该时间段内的波浪特征进行分析.由波浪统计数据分析发现有义波高随时间的变化趋势与风速的变化趋势高度重合;谱峰周期的变化则要晚于风速的变化;谱峰方向在台风起主导作用期间与风向高度一致.通过分析多个无因次参数以及对风浪和涌浪进行分离发现测点与台风中心距离开始变大的这个时间点有着重要的意义.在该时间点,波长开始变长,波浪由无限水深波浪转变为有限水深波浪.一些波浪特征值,比如谱峰周期、a/L,也发生比较大的变化.此后在七级风半径不再覆盖测点时,该处波浪由风浪转变为涌浪.对波浪谱进行分析发现,在台风主导期间,其谱为单峰谱,其余时间则为双峰谱.     

超大型海洋浮式结构物水弹性响应预报的研究现状和发展方向

超大型海洋浮式结构物在未来的海洋资源开发和海洋空间利用方面有重要应用前景，但它在波浪中的水弹性响应是该结构物设计过程中所遇到的一个重要技术问题。国际上在这方面已做了大量的研究工作。本文比较全面地介绍了国内外关于VLFS在波浪中的水弹性响应的研究现状，并对今后需要开展的研究工作的方向提出了作者的看法。     

近岛礁浮式平台水动力及运动响应特性研究

根据某近岛礁地形实测数据,基于Solidworks软件完成海底地形和浮式平台的三维建模,建立近岛礁浮式平台三维水动力学模型;开展浮式平台的水动力计算及系泊模式下浮式平台波浪中的运动响应预报,给出了浮式平台的传递函数、系泊缆张力和运动响应;分析了入射波角度、周期及岛礁地形对浮式平台水动力、系泊缆张力分布和运动响应的影响.将数值计算结果与模型试验值进行对比,两者吻合较好,对近岛礁海上浮式结构物的设计有参考价值.     

规则波在岛礁浅海区传播的数值模拟

针对岛礁浅海区的复杂地形和波浪环境,通过求解Boussinesq方程,结合区域源造波法,对规则波的传播和演化进行数值模拟,数值计算结果与已有模型试验对比表明,监测点波高计算值与模型试验值总体吻合较好。采用数学插值方法,建立岛礁实际复杂地形的数学模型,对岛礁实际波浪环境进行预报,能够为岛礁浮式平台设计提供波浪环境输入。     

岛礁波浪环境下浮式结构物的动响应预报

中国南海海洋岛礁往往都环绕着宽度数百到数千米、水深很浅的珊瑚礁盘,这些礁盘不仅具有丰富的渔业和旅游资源,而且发挥着消波、护岛的重要作用。为开发海洋资源,可以在岛礁附近布设各种浮体结构物,作为海洋开发、渔业生产、环境旅游等综合保障基地。对于岛礁附近的浮式结构物,其动响应特征必将受到周围复杂的近岛礁海洋环境的影响。文章采用缓坡方程考虑近岛礁波浪环境影响,以半潜式平台为研究对象,开创性地提出了一种工程简化计算方法,用于预报岛礁附近浮式结构物在波浪中的运动与载荷响应,为后续岛礁中型浮体的设计和安全性评估提供了分析手段。     

岛礁地形上二维波浪传播的数值模拟

波浪在岛礁地形上传播的重要特征之一是波浪的破碎,为了研究近岸岛礁地形下波浪传播特性,本文采用基于Boussinesq方程的FUNWAVE1.0模型,对于二维岛礁地形上波浪的传播过程进行了数值计算,通过数值计算结果与物模实验结果的对比分析,研究了数值计算模型中波浪破碎模拟参数的取值,研究结果可为实际工程波浪破碎过程的模拟分析提供参考。     

考虑近岛礁复杂海底地形的浮式平台水动力性能分析

基于可以考虑复杂海底地形对波浪传播变形影响的水波模型和可以考虑波浪与浮式结构物相互作用的RANKINE源法,建立近岛礁浮体水动力性能直接分析耦合模型,给出详细的理论推导及数值求解方法,并编制了相关的计算程序THAFTS-BR。首先以均匀水深下百米级浮式平台为研究对象,通过与THAFTS和AQWA等商业软件的计算结果进行对比分析,初步验证了THAFTS-BR程序的正确性和可靠性。随后基于模型试验和前面建立直接分析耦合模型,对比分析了考虑近岛礁海底地形后该浮式平台的运动及载荷响应特性,给出了一些重要结论,为后续布置于岛礁附近的浮式结构物动响应分析、设计与建造等提供了参考依据。     

基于一个二维修正水弹性方法的集装箱船体梁动态前极限强度评估研究（英文）

海上极端波因其巨大的波高常常导致船体的极限破坏。该文提出了一个二维的修正水弹性方法来研究一个集装箱船船体梁在极端波中的动态前极限强度。传统的极限强度评估基于准静态方法,没有动态效应被考虑。而船体在波浪下的动态结构响应是基于水弹性方法,传统的水弹性方法并不能计算船体梁的动态非线性强度。该二维修正的水弹性方法考虑时域波浪和非线性船体梁之间的耦合,将水弹性方法和Smith方法结合,用Smith方法计算船体梁的刚度,而其刚度与船体梁的强度和变形曲率有关。所以该时域的非线性刚度被用于修改水弹性方法里的常数项的结构梁刚度。几组极端波模型被用以产生船体梁的大变形和非线性动态垂向弯矩。文中分别采用修正水弹性方法和普通水弹性方法,通过改变四个重要的极端波参数如极端波最大波高、规则波的波高、波速和波长等来研究其对船体梁船中处的大变形转角和非线性垂向弯矩的影响,通过采用修正的水弹性方法计算得来的结果与水弹性方法计算得来的结果相比较,得到了一些差异和结论。     

基于一个二维修正水弹性方法的集装箱船体梁动态前极限强度评估研究

海上极端波因其巨大的波高常常导致船体的极限破坏。该文提出了一个二维的修正水弹性方法来研究一个集装箱船船体梁在极端波中的动态前极限强度。传统的极限强度评估基于准静态方法,没有动态效应被考虑。而船体在波浪下的动态结构响应是基于水弹性方法,传统的水弹性方法并不能计算船体梁的动态非线性强度。该二维修正的水弹性方法考虑时域波浪和非线性船体梁之间的耦合,将水弹性方法和Smith方法结合,用Smith方法计算船体梁的刚度,而其刚度与船体梁的强度和变形曲率有关。所以该时域的非线性刚度被用于修改水弹性方法里的常数项的结构梁刚度。几组极端波模型被用以产生船体梁的大变形和非线性动态垂向弯矩。文中分别采用修正水弹性方法和普通水弹性方法,通过改变四个重要的极端波参数如极端波最大波高、规则波的波高、波速和波长等来研究其对船体梁船中处的大变形转角和非线性垂向弯矩的影响,通过采用修正的水弹性方法计算得来的结果与水弹性方法计算得来的结果相比较,得到了一些差异和结论。     

变化海底地形上浮驳的水弹性响应

在岛礁附近的海底地形通常是不平整的,这种复杂的海底地形也是海洋环境中非常重要的因素。文章利用考虑浅水变深的三维水弹性分析方法计算了一艘浮驳在非均匀海底地形情况下的波激响应及其载荷。通过与均匀水深的对比,复杂海底地形的影响显而易见。通过模态叠加的方法,三维水弹性可以预报规则波下诸如弯矩和应力等波激振动响应,从而得到设计波下对应的载荷。通过在岛礁附近服役的浮式结构物波浪载荷预报可以看出非均匀海底产生了很大的影响,原因是不同的水深和变化的海底地形。而一旦考虑地形,在整个流固耦合分析中,大量的水动力网格就需要借助并行计算来减少计算耗时。     

非对称系泊系统作用下浅水浮式海洋平台运动耦合分析

选择地理位置、区域环境较为关键的岛礁,建立浅水浮式海洋平台,具有重要意义。应用在岛礁浅水区域的浮式海洋平台,由于受地理环境限制,很难设计对称式系泊系统。因此,本文设计2种典型非对称式系泊系统布置方案,基于TMA浅水波浪谱理论,对2种非对称系泊系统作用下浮式平台的水动力响应进行时域数值计算,计算结果与对称式系泊系统作用下结果对比分析,获得了非对称系统状态下平台运动响应特点及系泊张力分布特点。     

非对称系泊系统作用下浅水浮式海洋平台运动耦合分析

选择地理位置、区域环境较为关键的岛礁,建立浅水浮式海洋平台,具有重要意义。应用在岛礁浅水区域的浮式海洋平台,由于受地理环境限制,很难设计对称式系泊系统。因此,本文设计2种典型非对称式系泊系统布置方案,基于TMA浅水波浪谱理论,对2种非对称系泊系统作用下浮式平台的水动力响应进行时域数值计算,计算结果与对称式系泊系统作用下结果对比分析,获得了非对称系统状态下平台运动响应特点及系泊张力分布特点。     

基于AQWA的波浪观测浮标随波性能分析与优化研究

波浪观测浮标是一种现代化的海洋观测设施,随波性是反映其测量精度的一个重要参数。本文将针对两种常见外观浮标的随波性能展开水动力学研究,本文采用水动力计算模型AQWA,结合典型的Green函数法求解了浮体结构的波浪力及相关水动力系数,并应用三维势流理论,基于单自由度运动方程,在频域内研究了自由浮标在规则波下的垂荡运动响应。针对中国短周期波浪海况的特点,计算了15种不同形状、浮标重量、形状参量工况中浮标体垂荡响应RAOs。水动力学计算结果表明:在外界环境载荷相同的条件下,平底柱形浮子1-3的随波性能较其它工况中浮子为好。本文的研究方法也为海洋资料浮标的参数设计提供了良好的科学依据。     

波浪作用下带式舟桥的水弹性响应研究

对于设计和使用在波浪和流作用下作业的浮桥,充分了解其水弹性性能尤为重要.就在国防和桥梁工程中极为重要的带式舟桥而言,预报其在波浪中的水弹性响应在实际工程中就显得十分必要.该文主要研究带式舟桥在波浪作用下的水弹性性能.首先,简要地介绍了预报浮桥动力响应的不同方法及它们与试验比较的结果;其次,在三维水弹性理论的基础上采用模态叠加法对带式舟桥的有限元模型进行了水弹性分析,同时与十分之一模型试验结果做了比较(该试验由上海交通大学海洋工程国家重点实验室承担).研究表明,文中的方法计算分析波浪中浮桥的水弹性响应是可行的.