波浪弯矩设计值与长期预报理论计算值的比较

本文分析了国际船级社协会（ＩＡＣＳ）纵向强度标准Ｓ１中，波浪弯矩值成采用ＩＡＣＳＷＰ／Ｓ委员会推荐的海浪谱和海况统计资料条件下的长期预报理论计算值的关系，大量计算实践表明后者总体上要比前者大１．５倍。文中建议为了把长期技术应用于船体波浪弯的直接设计计算，对上述预报过程可取１０概率水平时地长期预报值作为船体波浪湾矩设计值。     

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。     

陡波和碎波发生概率的数值模拟方法

在分析船舶在波浪中的动力学及波浪诱导的载荷时,应该重视海洋波浪模拟的重要性。线性波浪理论已成功地应用于许多船舶耐波性研究,但还有许多耐波性问题有待于对波浪运动学作深入研究,例如由于陡波或碎波对船首的砰击力,陡波中的横甩及波浪中滑行艇的运动等。本文提出了一种模拟非线性不规则波的数值方法。通过引入合理的边界条件,陡波运动可以用一个简单的边界积分公式描述且易于数据计算。应用“峰高加速度阈值方法”,可先确定短期海况中碎波发生概率及陡波的时间序列。这样,在一个特定的时间间隔内,可以在时域内模拟波浪运动,从而分析在一个短期海况中不规则陡波的发生概率和严重程度。     

机器主动学习技术在船舶和海工结构非线性水动力响应长期预报中的应用研究

提出一种对船舶和海工结构非线性水动力响应进行长期预报的新方法，利用高斯过程回归（GPR）和贯序取样技术，建立机器主动学习模型，实现对非线性长期极值响应贡献度最大的少数海况的贯序识别，以及对GPR模型训练集的持续更新。通过对GPR模型的迭代训练，使长期极值响应的预测值快速向真实值收敛，避免在整个海况域内进行非线性时域水动力计算。采用所研发的机器学习模型，对两型大型集装箱船的非线性水动力长期响应极值进行预报，以验证模型的高效性和准确性；并通过敏感性分析，对初始训练集数据的选择给出建议。模型对非线性问题具有广泛适用性，可以在适应性改造的基础上解决船舶及海工结构其它非线性响应的预报问题。     

波浪水池中畸形波生成的研究综述

畸形波具有异常大的波高,容易对海洋结构物造成巨大破坏。世界各大海域均有畸形波发生及其引起的海难记录,其生成机理正引起人们越来越多的关注。在实测畸形波时历的基础上,有必要在实验室中实现畸形波的生成,从而揭示畸形波的生成机理及其对海洋结构物的作用机理。目前,国内外许多学者根据畸形波所产生的海洋环境条件提出了多种多样的畸形波成因假说,并相应地形成了多种畸形波生成模型。色散聚集方法通过控制成分波相位使波浪能量定时定点聚集,简单高效,仍为大多数的畸形波生成研究的首选。在此基础上,部分学者提出或应用了迭代方法对畸形波模拟结果进行优化,以修正非线性波波作用引起的相位、幅值偏离。另一方面,薛定谔方程呼吸子解作为畸形波的一个原型,也在畸形波的生成模拟中得到成功应用。该文针对上述畸形波在数值波浪水池或物理水池中的模拟方法作了综述,可为进一步开展畸形波的机理研究及其对海洋结构物作用机理研究提供基础。     

振荡浮子式波能发电浮堤一体化装置性能研究

文章提出一种带消波水道的方箱型浮式防波堤与振荡浮子式波浪能发电一体化装置概念设计方案,应用ANSYS Fluent软件,通过锚泊线准静态法、多体耦合动力学理论与Newmark-β法对一体化装置进行耦合水动力计算,分析不同阻尼及水道构型参数对集成系统消波与俘能效率的影响.结果 表明,在阻尼选取区间内,线性等效电磁阻尼的俘能效率整体上大于Coulomb等效液压阻尼,增加浮子质量或增加线性阻尼系数,均可提升一体化装置的俘能效率,而对消波性能影响甚微.减小出口宽度,对俘能效率的提升有利并能提升消波性能.当消波水道入口完全浸没于水下时,俘能效率相对更高,消波效果更优.这种新颖的一体化装置构型为后续相关的消波与波浪能转换耦合水动力模型研究提供了思路与借鉴.     

水上机场助航波能灯浮标的波能俘获优化

[目的]为了对水上机场波能灯浮标进行设计优化,以工作于沿海水上机场的阵列式助航波能灯浮标为研究对象,提出一种小型阵列式浮标的优化设计方法。[方法]基于三维势流理论,计算浮标的垂荡运动响应,在满足最佳能量转换部分(PTO)阻尼匹配的情况下,得到使能量俘获宽度比最大的浮标直径吃水比和浮标间距,然后对单个浮标的能量俘获进行短期预报,并在此基础上结合实际海况对阵列式浮标的能量俘获进行长期预报,分别讨论浮标直径、吃水和浮标间距对阵列式浮标能量俘获的影响。[结果]结果表明,当单个浮标直径吃水比为2.4~2.6时,能量俘获宽度比最大;阵列浮标间距越小,阵列式助航波能灯浮标的能量俘获宽度比越大。[结论]所做的工作可为阵列式波浪能发电装置的设计优化提供一定的参考和建议。     

波激振动的理论预报及与实船试验结果的比较

本文研究一艘大型海船的波激振动问题。该船在运行过程中发生了频繁的波激振动，导致严重的结构裂纹。文中对四种预报船体波激振动响应的理论及其计算机程序进行了描述。这些理论在计算水动力载荷和结构振动时具有各自的特点，如：线性、二阶、非线性、频域、时域、二维和三维等。相应的程序(WASIM，SOST，SINO和VERES)对低频波浪诱导响应预报已有较多的验证。文中对各程序在波激振动预报中的前提条件作了说明。计算中进行了参数敏感性分析并给出了主要结果。在与实船试验结果的比较过程中选择了十个不同的工况，对其海况、航向和试验现象给出了简要描述。对低频波浪诱导和高频波激振动响应分别进行了比较，得出了一些有意义的结论。     

响水海域畸形波特性初探

基于"单波波高大于两倍有效波高且有效波高大于1 m"的浅水畸形波定义,从江苏响水站连续3 a的波记录中挑选出畸形波数据,对其进行谱分析和小波分析。谱分析显示该海域波浪呈现典型的双峰特性。小波分析的结果可分成两类,均显示畸形波出现时刻低频成分的能量显著增高,而高频成分的能量在第一类中相对较低,在第二类中很小可忽略。将该小波谱和前人文献中描述的一种典型畸形波的小波谱进行了对比,并通过计算Irribaren系数证实了该海域长重力波存在的可能性,为低频成分的来源提供了依据。并通过波向和发生季节对畸形波所在波记录进行了初步的统计分析。     

短峰波中船舶运动与波浪载荷的频域水弹性理论与试验研究

传统的耐波性及波浪载荷理论与试验主要针对船舶在二维长峰波中的运动与载荷响应进行预报,然而实际海浪是三维短峰波。研究表明,基于长峰波的理论计算及水池模型试验所预报的船舶运动与载荷响应与实际情况存在一定的差异,且三维波浪的方向扩散特性是影响船舶运动与载荷响应的重要因素之一。为了研究短峰波中船舶运动与载荷响应特性及其与长峰波中响应的差异性,本文首先基于三维水弹性理论计算船舶在规则波中的频域响应,然后基于二维谱分析法将其扩展至短峰不规则波中船舶运动与载荷响应预报,进而分析短峰波方向扩散函数对于船舶运动与载荷响应的影响,最后基于实际海浪环境下大尺度模型水弹性试验数据验证理论计算结果。     

波流联合作用下振荡浮子式波浪发电机动力学分析

参考某型振荡浮子式波浪发电装置的具体参数,结合该装置工作过程,使用水动力分析软件OrcaFlex建立了在不同海况下装置工作过程中的动力学分析简化模型,分析了流、波以及波、流联合作用对振荡浮子式波浪发电装置张力、弯矩沿缆长方向的变化规律以及装置能量转换效率的影响。结论对海洋可再生能源研究有一定的参考价值。     

基于能量分配的特定畸形波序列的数值模拟

文章对一个理论畸形波序列进行了数值模拟并且将数值结果与理论值做了对比.采用速度入口方法以实现波浪模拟.在造波边界处不考虑高阶波浪成分,只输入线性波浪速度.分别采用三种不同分辨率的网格进行数值模拟,以找到足够有效捕捉自由面的网格模型.考虑到快速傅里叶变换不能反映畸形波的时频特征,因而引入小波变换研究畸形波传播过程中的能量变化.最后比较了北海实测畸形波和文中理论畸形波小波变换的差异.     

不同特征宽度对俘获宽度比的影响分析

特征宽度是计算波能转换装置俘获宽度比的重要参数，国内外目前尚无统一的计算方法。为了研究不同特征宽度计算方法对俘获宽度比结果的影响，提出了波能转换装置特征宽度的一种计算方法，利用典型振荡浮子式波能转换装置“Wavebob”的数据，建立振荡浮子AQWA数值模型并进行水动力学分析，计算了4种特征宽度计算方法下的能量俘获宽度以及俘获宽度比。研究结果表明，不同特征宽度的计算方法对俘获宽度比结果影响显著，规则波条件下的最大差值为27.19%，不规则波条件下为13.14%；因此在计算波能转换装置俘获宽度比时，应根据装置形式合理选择特征宽度计算方法。研究结果对于波能转换装置特征宽度的计算以及评价俘获性能方面具有重要的应用价值。     

大开口型船舶在不规则波中的波浪扭矩预报分析

综述了现有船舶波浪扭矩的计算分析方法，用STF切片理论方法计算了大开口船舶波浪扭矩的传递函数。根据不同波谱理论模型对不规则波中的扭矩作了统计预报，讨论了波浪扭矩予报对波谱的敏感性。研究结果表明，波浪扭矩对波谱谱型的依赖程度相当大；特征波浪周期对统计值的影响比有义波高大；对相同有义波高，PM谱相应的预报值比ITTC二参数谱的结果更偏于保守。     

雷达测波信息存储和实用化研究

目前,用于航行舰船上的测波设备只有测波雷达,其优势为可以测得当前较精确的海浪谱,这是精确预报舰船耐波性的基础。在测波雷达使用中,至少存在三方面矛盾:一是各船测得的海量海浪信息,如何实现快速查询;二是信息如何为众多的需求单位共享,以求解决海浪信息预报和深入研究海浪规律尤其是远洋航区的海浪规律问题;三是需要解决普遍存在有义波高测量误差偏大等测波信息航海实用化的问题。本文针对以上需求,以WaMoSⅡ测波雷达为例,从建立雷达测波信息数据库、有义波高的参数修正、相对频谱转化为绝对频谱以及基于雷达测波信息生成频率方向谱等方面,对测波信息的再处理进行研究,力求满足上述需求。     

非线性铰接双浮体波能转换器的能量捕获特性研究

本文针对传统铰接浮体线性波能转换器捕获效率低、频带窄的固有瓶颈,提出一种可用于铰接浮体波能转换器的简易负刚度机构,可作为一种被动方法提高系统的波能捕获效率。首先,提出一款简单紧凑的负刚度装置,该装置通过在铰接浮体间布置简单的拉伸弹性元件实现;其次,基于线性波浪理论和Cummins方程,建立两模块非线性波能转换器的时域动力学模型,同时为提高计算速度,采用状态空间模型替代表征波浪辐射力的卷积积分项;最后,分析规则波作用下两模块非线性波能转换器的波能转换特性。数值结果表明,通过引入非线性负刚度机构,可有效降低系统的等效固有频率;当负刚度机构调整到适当参数时,系统的弹性力在纵摇运动的相平面上能形成一个椭圆势井,其长轴接近铰接双浮体纵摇运动的模态方向,由此可使两模块的纵摇运动趋于反向,起到被动相位控制的作用。基于上述机理,合适的非线性负刚度结构可有效提高能量的捕获效率和拓宽能量吸收的频带。     

基于固定网格小波神经网络的不规则波中船舶横摇运动在线预报（英文）

船舶横摇运动预报对于船舶安全与作业非常重要。本文应用固定网格小波神经网络在线预报不规则波中的船舶横摇运动。该固定网格小波神经网络由离散的小波激活函数组成,其结构和参数可以基于滑动数据窗在线调整;在每一个滑动数据窗,误差下降比判据被用来从小波函数库中选择重要的小波函数项来构建小波神经网络模型,直到该模型可以较好地表达所研究的非线性系统,获得的模型一般比较简洁。预报结果表明,仅仅几个小波函数项就可以很好地捕捉到不规则波中船舶横摇运动的非线性动力学内在特性,这不仅展示了小波函数很强的非线性表达能力,也证实了所采用的建模方法对于预报船舶在不规则波中的横摇运动的有效性。     

浮式风机动力系统的线性耦合动力学分析

浮式风机的前期开发需通过大量的方案比选确定结构基本形式和主尺寸参数，对动力学数值模拟效率提出了较高的要求。与时域非线性耦合模拟法相比，频域线性模拟法更适用于概念设计阶段。对此，文章提出了一种高效的线性耦合数值分析方法。采用了九自由度动力学模型描述浮体、塔筒以及叶轮的运动，对结构动力、气动力以及水动力问题进行线性化处理后，将动力学控制方程写成状态空间表达形式，进而推导出环境扰动-结构响应的传递函数，实现结构-控制系统在频域内的联动求解。为了验证模型的有效性，以时域非线性耦合软件Open FAST作为参考，对比了某半潜式风机在风浪联合工况下的运动响应。结果表明，线性模型的响应标准差相对误差大多在20%以内，而计算效率有大幅度提升，为概念设计阶段的结构选型及主尺寸优化设计提供了高效的分析工具。     

起伏海面水面船回声强度预报方法及统计规律研究

本文基于随机起伏水面舰船目标六自由度动力学模型和界面附近目标多路径声散射理论，考虑水面多次反射的影响，建立时变海面条件下水面舰船声散射预报模型，分析不同海浪谱条件下水面舰船回波强度统计规律。通过开展拖曳水池造波条件下舰船缩比模型声散射试验，获取舰船模型在水平探测角上时域回波特征。研究表明：120～180 kHz探测频段下回声强度理论预报幅值与实测结果平均误差小于3 dB；从舰船模型声散射实测和计算结果中均发现，波浪作用下舰船随时间变化的回声强度幅值符合χ2分布的统计规律，其回声强度均值和双自由度数值k符合较好，验证了预报模型的有效性。     

真实海况下船舶水弹性响应及砰击载荷的大尺度模型试验研究

现有的船舶波浪载荷模型试验大多是在水池环境中开展的,然而受水池尺度、造波能力、模型航行范围以及尺度效应等方面的影响或限制,水池模型试验并不能完全真实地反映出实船海上航行时的水动力学性能.事实上,真实海浪具有非线性强、随机性强、方向分布广等特征,因此研究船舶在真实海浪短峰波中的水动力学性能对于指导实船设计研发具有重要的指导意义.实际海浪环境中,舰船大尺度模型试验是一种新型试验技术,综合了水池模型试验和实船海试的部分共同优势.本文提出了大尺度模型波浪载荷与砰击载荷试验技术,建立了一套稳定可靠的大尺度模型海上试验测试系统,并提出了恶劣海况下大尺度模型耐波性及波浪载荷试验实施方案,进而基于大尺度模型试验数据分析了船舶在真实恶劣海况下的运动与载荷响应及砰击载荷特性.