深海极限波浪运动特性的简便算法(英文)

本文基于五阶Stokes规则波理论,提出了一种快速求解深海极限波浪运动特性的数学模型.研究中,按照上跨零点和下跨零点的方法由计算或实测的极限波浪波面时间历程确定包含极限波峰或波谷的相邻两个周期的平均值为五阶Stokes规则波的波浪周期,然后根据极限波峰或波谷值反推确定波浪入射波幅.通过与已有的数值结果和实验数据对比,验证了本文所建立的数值模型可以快速准确的计算出极限波浪下的速度场,相比其他模型,更适合于工程应用.     

基于脉冲响应函数法计算小尺度圆柱上的不规则波浪力

通过对波动传递函数的逆傅里叶变换建立脉冲响应函数的解析表达式,在仅已知不规则波波面过程线的情况下,利用脉冲响应函数与已知波面序列的卷积求得不规则波的速度场,并计算不规则波浪序列引起的水质点速度、加速度。通过与线性波浪叠加法的对比验证了方法的正确性,并应用Morison方程计算小尺度圆柱上的不规则波浪力。对不规则波浪力进行频谱分析得到:在非线性较弱时,脉冲响应法求得的波浪力谱与线性谱分析法的波浪力谱较为接近。随着波浪非线性的增强,脉冲响应法求得的速度力谱与线性谱分析法相比峰值不断增大,在低频和高频处能量增多,在主要能量区的谱宽也不断增加,而惯性力谱与线性谱分析方法结果基本相同。     

水槽侧壁对任意三维结构波浪力的影响

基于势流理论,采用高阶边界元法在线性频域内研究水槽中波浪对任意结构的作用。探讨水槽侧壁对垂直圆柱和方箱所受到的波浪力的影响,研究水槽宽度与入射波长以及结构特征长度之间的关系,重点研究横向立波的产生及其共振对结构受到的水平力和垂向力的影响。     

满足自由水面的水槽格林函数的研究

研究满足自由水面的水槽格林函数的两种数值计算方法,一是Linton提出的快速收敛数值计算算法,二是对John提出的开阔海域中格林函数关于水槽两侧壁作镜像的数值计算方法。研究表明,Linton提出的快速收敛数值计算算法在特定情况下不适用,因此建议采用镜像格林函数来计算常水深和常宽度水槽中波浪对结构的作用问题。     

波浪与带有窄缝结构作用的非线性数值模拟

针对波浪与带有窄缝结构作用产生的流体共振问题,采用基于域内源造波技术的时域高阶边界元方法并在窄缝内流体引入人工阻尼,建立了自由水面满足完全非线性边界条件的二维时域数值波浪水槽模型。求解中采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶龙格库塔方法更新下一时间步的波面和速度势,利用加速度势的方法来求得作用结构上的瞬时波浪荷载。通过与已发表文献的数值与实验结果对比,验证了模型的准确性。同时通过大量的数值计算研究了共振条件入射波浪非线性对反射波高、透射波高和窄缝内波高、及结构波浪荷载和压力分布的影响。     

采用THOBEM方法研究波流与结构物相互作用的数值模拟(英文)

To study wave-current actions on 3-D bodies a time-domain numerical model was established using a higher-order boundary element method (HOBEM). By assuming small flow velocities, the velocity potential could be expressed for linear and higher order components by perturbation expansion. A 4th-order Runge-Kutta method was applied for time marching. An artificial damping layer was adopted at the outer zone of the free surface mesh to dissipate scattering waves. Validation of the numerical method was carried out on run-up, wave exciting forces, and mean drift forces for wave-currents acting on a bottom-mounted vertical cylinder. The results were in close agreement with the results of a frequency-domain method and a published time-domain method. The model was then applied to compute wave-current forces and run-up on a Seastar mini tension-leg platform.     

畸形波作用下张力腿平台的瞬时响应

应用Tromas等(1991)提出的新波理论的概念,建立了极限入射波浪模型,并把该模型引入到极限波浪与平台互相作用的水动力计算中.研究中应用大连理工大学海岸及近海工程实验室开发的频域波浪力分析程序WAFDUT1.4,得到结构的波浪力传递函数和水动力系数.通过平台运动方程在时域内计算得到运动响应和张力腿受力.最后,进一步研究了张力腿平台的刚度系数和波浪周期的改变对张力腿平台的运动响应和张力腿受力的影响.     

纵摇容器中液体晃荡的非线性数值模拟

在海洋工程领域,液体晃荡是一种普遍存在的物理现象。对于船舶而言,转动比平动有着更重要的影响。该文针对纵摇容器中的液体晃荡问题,采用高阶边界元方法建立自由水面满足完全非线性边界条件的时域数学模型。通过大地坐标系和随体坐标系之间的坐标变换,使得计算域仅控制在随体坐标系内。求解中采用半混合欧拉—拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶龙格库塔方法更新下一时间步的波面和速度势。通过与已发表试验和数值结果的对比,验证了建立模型的准确性。进而开展大量数值试验研究容器纵摇运动频率、纵摇转动中心和容器中布置一竖直隔板对晃动波面与荷载的影响。     

桁架式Spar平台与系泊/立管系统的全时域非线性耦合动态分析

开发了对浮式平台系统进行耦合动态分析的全时域程序。采用二阶时域方法计算水动力荷载,在此方法中,对物面边界条件和自由水面边界条件进行泰勒级数展开,利用Stokes摄动展开分别建立相应的一阶、二阶边值问题,而且此边值问题的计算域不随时间变化。采用高阶边界元方法计算每一时刻流场中的速度势,利用四阶预报校正法对二阶自由水面边界条件进行数值积分。在自由表面加入一个人工阻尼层来避免波浪的反射。对于系泊缆索/立管/张力腿的动力分析,在一个总体坐标系中对控制方程进行描述,采用基于细长杆理论的有限元方法进行求解。在耦合动态分析中,采用Newmark方法对平台和系泊缆索/立管/张力腿的运动方程同时进行求解。利用开发的耦合分析程序对一个桁架式Spar平台的运动响应进行了数值模拟,给出了平台的位移和系泊缆索/立管上端点的张力,并得到了一些重要结论。