低频波浪在常水深地形中传播的数值研究

利用基于Boussinesq方程的波浪辐射应力计算模型,模拟常水深地形中传播的低频波浪,研究其形态变化,以及低频波浪与波浪辐射应力之间的关系。结果发现约束长波的波幅和波群的辐射应力值基本保持在某一均值不变;主频的波幅、约束长波的波幅都会做一定周期的震荡,同时波群的辐射应力也随之而震荡,三者之间的变化关系是波群非线性能量传递的表现。     

“韦帕”台风过程中南黄海海域流场研究

台风经过海域时,会造成海面强风以及特殊分布的波浪场,可能引起潮流场的强烈变化。为深入探讨台风过程中流场的变化,研究风应力与辐射应力对潮流场的作用,选用WRF模型、第三代海浪模式SWAN、三维水动力模型FVCOM,针对"0713"号"韦帕"台风期间的台风风场、潮流场、波浪场进行数值模拟。结果表明WRF-SWAN-FVCOM模式能够较好地模拟"韦帕"台风期间南黄海海域流场。波浪和流场受旋转台风影响均出现旋转特性,但与台风旋转风场有一定延迟。与纯潮流场相比,风应力和波浪辐射应力对表层流场产生明显影响,风场影响最为显著,波浪辐射应力使南黄海海域沿岸流发生一定增大。     

波浪对潮流影响的数值模拟及其应用

文章将水动力因素分为潮流特征周期与波浪特征周期两部分,建立了考虑波浪影响的潮流方程。通过考虑波浪引起的辐射应力、表面和底部边界层、Stokes漂流以及Coriolis波浪应力等因素,利用数值方法分析了波浪对潮流场的影响,并将其应用到渤海区域中,分析渤海内波浪对于潮流的影响。     

港湾内非线性波浪对船剖面作用的时域计算模型(英文)

文中用边界元数值求解复速度势模拟了波浪对船剖面的时域作用力,采用满足运动学和动力学条件的半拉朗格朗日法跟踪流体的自由表面.推导了适用本数值模型的辐射边界条件,此边界条件和海绵层边界条件组成的出口边界条件,可以使波浪很好地被吸收或传播出去.进行了相关物理模型实验,数值计算结果和实验结果的对比表明此模型能精确模拟波浪对船的作用力.     

风机基础所受波浪抨击力的数值模拟和实验研究

准确预测风机基础所受到的抨击载荷对风机的设计至关重要。在上海交通大学海洋工程国家重点实验室,通过模型实验研究了在聚焦波浪作用下风机基础所受到的抨击载荷,同时研究了聚焦波浪的不同参数对抨击载荷的影响。此外运用计算流体力学软件FLUENT,通过有限体积法求解不可压缩Navier-Stocks方程和体积分数法捕捉自由液面,在数值波浪水池中模拟了聚焦波浪拍击风机立柱的过程。数值模拟与模型试验的结果吻合得较好。最后将模型实验的结果与各种设计准则中采用的预测抨击力的经验公式进行对比,验证了不同准则预测波浪抨击载荷的有效性。     

基于非结构化网格的波流耦合模拟及应用

波浪与潮流相互作用是近岸海域的关键水动力因素。基于相同的非结构化网格同时模拟潮流和波浪,并通过参数的同步传递,即实现波流的耦合计算。模型中潮流基于三维水动力模型FVCOM,并引入波致辐射应力和水体紊动;波浪基于波谱平衡方程和光程函数方程求解,方程中均考虑流速的影响,可用于大范围波流耦合计算。通过两个算例对流和波浪在传播过程中的相互影响进行了验证;同时对实际海域的潮流和波浪进行了耦合计算,结果表明:模型对模拟近岸波流的耦合作用有着很好的精度和适用性,可用于实际工程的计算。     

波生近岸流的数学模型研究

在理论上和数值技术上对已有的基于辐射应力理论的波生近岸流数学模型进行了改进,(1)使用考虑非线性作用的多向不规则波联合折射绕射数学模型确定波浪场,以期波场计算更加准确;(2)根据Dally等的研究成果,在波生流运动方程中加入破波切应力作用项,在辐射应力公式中加入了卷破波和波动Stokes漂流(Stokes drift)造成的向岸质量通量项,以期在破碎带内运动方程和辐射应力更为合理;(3)建立了基于两种网格的两套数学模型,即三角形网格有限差分数学模型和矩形网格有限差分数学模型,基于这两种网格的数学模型能满足近岸波生流场的模拟需要。就一模型海区对该文的模型进行了应用。     

波浪作用下床面切应力测量初探

在前人研究基础上,进行了波浪水槽实验。采用新型热敏传感器直接测量波浪作用下床面切应力分布情况。通过分析输出电压与理论切应力之间的关系,得出传感器电压值与理论计算切应力均随时间而周期性变化,充分验证了热敏传感器在测量床面切应力时的可行性,为进一步直接测量床面切应力奠定了基础。     

基于数值和实验方法的非透浪梳式防波堤的水动力学特性研究

采用源函数造波法建立了三维数值波浪水槽模型,模拟了不同随机种子数(NW)下的随机波浪,与目标谱对比的结果证明当NW=200时,采用文中的数值方法可以得到较好的模拟精度;建立了随机波浪对一种非透浪梳式防波堤作用的数值模型,通过数值模拟结果和实验结果的比较,验证了该数值模型的有效性。对该非透浪的梳式防波堤的水力学特性进行了实验研究,并应用上述数值方法对结构的所受冲击波浪力机理进行了分析,数值结果证明在该结构的危险水位下,由结构的翼板和胸墙下底板所构成的异型空腔结构是导致翼板上产生较大冲击压力的主要因素。在此基础上,为了消减翼板的冲击压力,提出一种改进的结构型式,最后对该改进结构的翼板上波浪力特性和波浪反射系数进行了实验研究。     

作用在高速双体渡船上的波浪冲击总载荷

要求高速船市场越来越大型化的趋势，导致临界设计载荷从局部结构转移到总体结构。砰击引起的船体总应力和水动应力是目前设计改进的关键。1997年6月，奥斯特尔船级社、德国劳氏船级社，美国船级社联合制定了一项合作研究计划，研究作用于一艘86m高速双体渡船上的波浪总载荷。在该船从澳大利亚西部的佛雷曼特到土耳其的伊斯坦布尔的整个航程中，对船上实际波，运动和船体应变进行测量，并提交试验结果，为此，一个现有的全船综合有限元模型得进一步完善，用实船测量的应力数据反推出波浪总载荷。这个计划的试验结果将与采用非线性水动力响应方法理论预计结果相比较，得到的波浪载荷将与根据德国劳氏规范计算所得的波浪载荷相比较。     

基于OpenFOAM的礁坪上波浪底部切应力数值模拟研究

文章基于OpenFOAM的两相流求解器OlaFlow建立了考虑壁面函数边界条件的礁盘地形数值波浪水槽，利用礁盘地形上波浪传播物模试验结果验证了所建数模的可靠性。通过验证后的模型进行了不同入射波要素和水深条件下波浪在礁盘地形上传播的数值模拟，分析了波浪底部切应力在礁坪上的沿程变化，以及相对水深、入射波高和波周期对波浪底部切应力的影响。结果表明：随着礁坪上相对水深的增大，向岸和离岸切应力呈减小趋势；随着入射波高和周期增大，向岸和离岸切应力呈增大趋势；向岸切应力最大值主要出现在礁缘后方，随入射波周期增大，向岸切应力最大值出现位置向礁缘后方移动；离岸切应力最大值主要出现在礁缘处。     

波浪扰动对船舶结构振动的影响

波浪扰动会使得船舶振动,继而会引起一系列连续的并且有一定强度的振动应力,这些影响会严重影响船舶结构的稳定性,并且会损害船舶结构,成为船舶航行过程中的危险隐患。本文的研究目标为大型船舶,讨论波浪扰动对大型船舶结构振动的影响,并且通过水池模型进行一系列的实验来对船舶结构振动的影响做对比分析。通过改变船舶的船型、重量分布、刚度等船舶的参数来观察波浪扰动对船舶结构振动的影响,结合理论计算及实验数据分析,得到船舶参数变化之后波浪扰动对船舶结构振动的影响的几点结论。     

渤海波浪地理信息系统的建立

随着地理信息系统(GIS)的广泛应用,建立一个具有波浪预报或后报功能的信息系统为工程建设服务,不仅十分必要,而且随着波浪模拟技术的发展变得可能。文中论述了采用第三代波浪模型中的SWAN(SimulatingWAves Nearshore)来模拟渤海波浪场,在获得较长时间波浪模拟结果的基础上,对渤海波浪地理信息系统的建立进行了一些尝试和探索。这些波浪资料对于港口及海洋工程是十分必要的。     

半潜式平台关键点的疲劳可靠性分析

依据惯性矩相当和重量相同的原则,建立半潜式钻井平台谱分析计算简化模型;利用ANSYS软件对简化计算模型进行随机响应谱分析,分别计算受到Morison波浪力谱时和受到大构件直立圆柱波浪力谱时的平台结构关键部位关键节点的等效应力随机响应功率谱密度;基于Miner线性损伤累积理论和随机响应首次超越破坏原则的概率分析,分别讨论了Rayleigh和weilbull两种不同应力统计分布下的平台结构关键部位关键节点疲劳可靠性指标的特征。     

基于抛物型缓坡方程的波浪数值模型应用研究

在建立了基于抛物型缓坡方程的波浪变形数值预报模型的基础上,计算了波浪破碎前堤后绕射及浅滩上的折射现象。在计算堤后绕射中,采用了堤上薄膜水的方法。为了消除数值计算结果的高频振荡,在方程中引入耗散界面。浅滩折射的数值结果还与Berkhoff的经典试验结果进行了对比。讨论了摩阻系数对波高的影响。为了将模型运用于破碎区,提出了一种波能衰减模型,分别用Sato的水槽试验资料及实际海域破波区波高实测资料对模型进行了验证。上述计算结果表明,所建立的波浪变形数值模型可以用于近岸波浪变形计算中。     

基于SWAN-MIKE21嵌套模型在大连湾某工程区的波浪后报模拟应用

近海工程中,需分析波浪在工程区的传播特点.采用SWAN-MIKE21嵌套模型对某工程海域进行波浪后报模拟分析,同时进行波浪实测.模拟结果与实测平均绝对误差在0.2 m以内.SWAN-MIKE21嵌套模型兼顾了大尺度模型计算速度,小尺度地形网格划分及后处理.后报模拟结果表明,波浪主要影响因素为外海波浪和区域风场.外海波浪...     

基于改进型Boussinesq方程的二维波浪数值模型

基于改进型Boussinesq方程，在非交错网格下，建立了二维波浪数值模型。模型计算采用了有限差分法，时间格式上采用混合四阶Adams—Bashforth—Mouhon，空间格式上采用了Wei等（1995）给出的格式。数值计算中。采用了内部造渡技术。数值模拟针对3纽经典浅滩地形上波浪传播变形的实验进行，数值计算结果与实验结果吻合较好。验证了数值模型，该模型可期望用于实际港口渡浪预报。     

随机波浪影响下船舶速度测定建模

由于传统的船舶速度测定方法无法适应随机波浪的影响,存在测定结果误差值高的问题,为此建立随机波浪影响下船舶速度测定模型,并进行具体研究。模型从速度方向和速度大小2个方面进行测定,通过建立船舶的运动坐标系来获得速度方向测定结果,而速度的大小需要计算随机波浪干扰力和螺旋桨推力,利用力与速度的关系得到船舶速度大小的测定结果。为检测该模型的测定效果,选用3种不同的船舶类型,并选用传统的测定模型作为实验的对比组,经过仿真实验发现设计出的测定模型比传统方法的误差率低35%,充分证明了该模型的有效性。     

一种复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法

风暴模型是Tomita等提出的用来评估船舶结构疲劳强度的一种随机波浪载荷简化模型,它能表达波浪载荷是与时间相关的随机过程。文中介绍了风暴模型及波浪诱导应力短期分布的基本特征。将风暴模型和裂纹扩展率单一曲线模型及焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法结合起来,探讨了复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法。并用权函数法计算了给定残余应力分布的表面裂纹应力强度因子。预报了对接焊接接头焊趾处表面裂纹在风暴波浪载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为,结果表明风暴的大小、顺序,初始裂纹尺寸及残余应力对裂纹扩展行为影响明显。合理的风暴模型参数及初始裂纹尺寸的确定对船舶结构的疲劳寿命预报是非常重要的。     

基于缓坡方程在岛礁地形上波浪破碎的模拟研究

波浪从深海传至近岸岛礁时,一般需要经过落差较大的礁坪边缘,水深急剧变化,导致波浪在传播过程中发生破碎,因此准确模拟波浪的破碎过程以及破碎后的波高大小,对于岛礁海岸工程建设具有重要的意义。缓坡方程是描述近岸波浪传播变形较好的数值模型之一,文章在采用自适应有限元求解缓坡方程所建立的数值计算模型的基础上,引入描述波浪破碎的模型,建立可以描述波浪破碎影响的近岸波浪数值模型。基于二维岛礁地形上的波浪实验,比较分析了4种不同的波浪破碎能量损失因子,给出了适合于岛礁地形条件下波浪传播破碎模拟的模型。