孤立波与直立透空防波堤相互作用的解析研究

在一定条件下浅水波可能以孤立波形态与近岸防波堤发生相互作用。针对这一现象,应用特征函数展开法,推导了斜入射孤立波作用下有限厚度直立透空防波堤的反射与透射波浪场的解析积分解,并据此计算了作用于防波堤的孤立波波浪力以及孤立波反射与透射波面,相关结果具有一定的理论与实用价值。计算结果表明:孤立波入射角、海况条件、防波堤表面透空系数以及孤立波特征参数等因素变化对波浪作用均有一定影响。与相同浅水条件下的Airy微幅波理论结果相比,孤立波理论对波浪载荷与最大波面的预测值明显更大,反映了浅水波的非线性效应,同时说明在一定的浅水条件下采用孤立波模型将更为合理可靠。     

长周期波浪对船舶系泊稳定性的影响

利用国际通用的OPTIMOOR船舶系泊分析软件,系统分析长周期波浪作用下周期、波高、入射角度对船舶系泊稳定的影响。分析计算结果可知:波高和入射角度对船舶升沉量的影响极为明显,周期对船舶纵移量的影响最为明显;同时,最大缆绳张力与长周期波浪3个因素(周期、波高、入射角度)在一定取值区间内成正相关关系,并且随着波浪因素增大,缆绳张力分布呈现明显的不均匀性;此外,最大护舷反力与长周期波浪3个因素也在一定取值区间内成正相关关系,周期和入射角度这两个波浪因素取值越大,4组护舷的反力越均衡。     

不规则波作用下带挑檐直立堤爬高与越浪量试验

通过物理模型实验,对带挑檐直立堤在不规则波作用下的爬高和越浪量进行观测,分析墙顶超高、挑檐宽度以及波坦等影响因素。结果表明:直立堤波浪爬高主要与波高有关,周期影响不大;堤顶超高、挑檐宽度和波坦是直立堤越浪量的重要影响因素,但挑檐宽度对直立堤越浪量的影响程度与堤顶超高有关。根据试验结果,提出了直立堤波浪爬高和越浪量计算方法,为实际工程设计提供参考。     

波浪作用下高桩墩式结构时程动力分析

外海桩柱结构受波浪作用强烈且动力性质明显。以国内某LNG码头的高桩系缆墩台作为工程背景,利用ANSYS进行了波浪作用下的结构时程动力分析。计算结果表明:在同一波要素下,模拟的不规则波浪产生的结构位移和应力响应峰值大于规则波10%～20%;在结构时程动力分析中初期波动剧烈的结果可以舍弃。     

防波堤平面布置对建设用海区波浪场影响的数值模拟

为研究燕窝山工程海域在不同的防波堤平面布置下的波浪场分布特征,应用波作用守恒方程和Boussinesq方程建立了大、小范围的波浪数学模型对工程区附近海域的波浪场进行数值模拟,统计并分析工程前后防波堤附近波浪特征站位的波要素。基于防波堤基本布置方案1,改变防波堤的长度和轴线角度,根据不同平面布置下的防波堤对波浪的掩护效果进行比较分析。结果表明,综合考虑防波堤附近波浪场的变化特征、防波堤特征站位波要素的变化及防波堤的有效掩护面积3个方面,将防波堤轴线以两段堤相交处为圆心逆时针旋转8°,并将直堤向东侧延长100 m,即方案2为优选方案。     

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。     

越浪对斜坡式护岸后方危险品管廊的影响

随着极端灾害天气的增多,建港条件恶化,已建斜坡式护岸不能对后续建设的危险品管廊形成安全掩护。论证掩护危险品管廊斜坡式护岸的防潮、防浪和越浪量标准,采用规范公式计算掩护危险品管廊的斜坡式护岸堤顶高程,通过波浪断面物理模型试验研究越浪量、越浪水面线、越浪落水点位置和波浪力,分析越浪对斜坡式护岸后方危险品管廊的影响,提出堤顶高程无法满足越浪量控制标准的管廊建设方案。     

上凸型内孤立波场中顶张力立管极值响应分析

为研究上凸型内孤立波作用下立管的响应问题,建立了顶张力立管在上凸型内孤立波场中的运动方程,流体作用力通过Morison方程求解,上凸型内孤立波引起的速度和加速度用两层流体KdV方程计算;采用有限元法离散控制方程,并用Newmark-β法在时域内求解。通过数值模拟探索上凸型内孤立波作用下顶张力立管的位移、弯矩、应力、顶底端转角等极值响应规律,并分析内孤立波幅值、上下两层流体密度差、顶部张力及壁厚对立管响应的影响。研究结果表明,上凸型内孤立波会引起顶张力立管的位移、弯矩、应力及顶底端转角显著增大;由于上凸型内孤立波引起的海水剪切作用剧烈,导致上下两层流体中立管位移反向。     

耦合激励下的液舱晃荡新型数值解法

对于液舱内流体运动的模拟,传统频域边界元方法具有很大的局限性即离散求解方程时会出现奇点问题,同时在交界面处所得速度分布精度较低。而去奇异边界元法将传统做法中直接布置于流体计算域表面节点上的奇点移至计算域外部,很好地解决了奇异性问题。该文基于去奇异边界元法,建立了模拟液舱内流体晃荡问题的流体动力学数值模型,并利用FORTRAN语言开发了可模拟任意尺度液舱晃荡的程序。文中模拟了单向激励和横荡纵荡耦合激励下液舱晃荡问题,并将结果与解析解进行了对比。结果表明,数值解和解析解吻合很好,说明了该方法的准确性和有效性。     

铁路空心墩寒潮作用下温度应力场试验研究

为改善寒潮作用引起的空心墩外表面混凝土受拉甚至开裂,以新杨家湾特大桥7号墩及牛角坪特大桥3号墩为工程背景进行铁路空心墩在寒潮作用下温度与应力场的试验研究。分别对两桥墩缩尺模型进行试验,采取从内部加热的方法模拟寒潮对桥墩混凝土的作用,并根据试验测得的寒潮温度场,采用有限元软件ANSYS分析桥墩模型相应的寒潮温度应力。模型试验结果与有限元分析结果一致表明:寒潮降温越快,对空心墩墩壁温度场影响深度越浅,桥墩外表面拉应力越大,越有可能造成表面开裂。