波浪对有梁面板结构冲击作用数值模拟

采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立了二维规则波数值波浪水槽,对透空有梁面板结构底面受到的波浪冲击作用进行研究。数学模型采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面。通过对不同工况的数值模拟和试验结果比较,验证了模型的造消波性能和应用的有效性。通过计算,得到了波浪冲击过程中波陡、超高和板宽各因素对冲击压强的影响。最后在已有冲击压强计算公式基础上提出了修正公式,以更准确地预报波浪的冲击荷载,深入认识波浪冲击机理。     

规则波作用下近岸透空式结构物的波浪上托力研究

基于对透空码头结构物波浪上托力研究现状的分析,运用垂向二维CFD数值波浪水槽建立模拟规则波作用下水平板波浪上托力的数值模型.通过物理模型和数值模型所获波浪压力结果的对比分析,总结平板底部流场和测点压强的分布特点,探讨不同周期波浪的最大冲击压强随波浪相对超高变化的规律.试验结果表明,规则波作用下波浪上托力的数值模拟结果与...     

不规则波对透空有梁面板底部缓变作用的数值模拟

采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立二维不规则波浪模型,对透空有梁面板结构底面受到的波浪缓变压力作用进行研究。通过模拟典型工况,采用低通滤波器方法提取上托力信号的缓变部分,将数值模拟结果和试验结果进行比较,验证模型的有效性。讨论波陡、超高和板宽各因素对缓变压力的影响,进而在模拟数据和已有成果基础上提出板底最大缓变压力的经验公式,为类似工程提供参考。     

不规则波对平板缓变作用数值模拟研究（英文）

本文采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立了二维不规则波数值波浪水槽,对透空平板结构底面受到的波浪缓变压力作用进行了研究。数学模型采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面。首先对几组典型工况进行了模拟,复演了波浪冲击透空平板结构的过程,采用低通滤波器方法提取上托力信号的缓变部分,通过数值模拟和试验结果的比较,验证了模型的有效性。然后通过计算和分析,得到了波浪冲击过程中缓变压强的变化特性,不同有效波高、超高、平均周期下缓变压强的分布规律,波陡、超高和板宽各因素对缓变压强的影响。最后给出了计算缓变压强分布宽度的公式,认为分布宽度与波浪作用在板上的宽度x、相对超高和相对板宽等因素相关。另外,根据模拟结果,文中提出了缓变压强的拟合公式,与河海大学原经验公式进行了比较,认为原公式计算结果偏小,并不完全适用,新公式更加合理可行。研究结果有利于更准确地预报波浪的缓变压强荷载,深入认识波浪作用机理。     

波浪冲击平板过程流场的数值模拟

为研究波浪冲击过程的流场特性,应用FLUENT软件建立了规则波与平板结构相互作用的二维数学模型,模型中采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面.通过对不同工况的数值模拟和试验结果比较,验证了模型的可靠性,得到波浪对结构物底面冲击过程的流场变化特性.然后分别讨论了波陡、平板离开水面距离和板宽等因素对结构物底面水质点最大垂向运动速度的影响,并研究了水质点运动速度和冲击压力之间的关系.     

规则波对平板缓变压力作用数值模拟研究*

采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立了二维规则波数值波浪水槽,对透空平板结构底面受到的波浪缓变压力作用进行研究。数学模型采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面。首先对3组典型工况进行了模拟,采用低通滤波器方法提取上托力信号的缓变部分,通过数值模拟和试验结果的比较,验证了模型的有效性。然后讨论了波陡、超高和板宽等因素对面板底部所受的最大缓变压强的影响,给出了便于工程应用的计算波浪上托力缓变压强的经验公式,以供工程设计参考。     

基于CIP方法对波浪冲击过程的数值模拟

为了研究波浪对结构物的冲击过程中空气相的影响,文章基于紧致差值曲线(CIP)方法建立了可压缩两相流数值波浪水槽模型。在模型的验证基础上,首先模拟了规则波对直墙的冲击,冲击压强的数值结果与实验值吻合较好,表明CIP方法可以精确的计算波浪对结构物的冲击问题。最后将模型应用于模拟规则波对水平板的冲击,对比分析了水平板前、中、后部自由面的发展过程。结果表明在水平板中前部,空气垫层是影响波浪冲击中压力变化的重要因素:对波浪的冲击起到了一定的缓冲作用,但空气垫层的存在也使冲击过程更加复杂化。     

波浪对平板结构冲击作用数值模拟

为研究波浪冲击特性,应用FLUENT软件建立了规则波与平板结构相互作用的二维数学模型,模型中采用RANS方程和κ-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面.对3种典型工况下的冲击过程进行数值模拟,验证了模型的可靠性,并确定冲击压峰值的平均值作为波浪冲击特性指标.通过大量的数值计算,分别对波陡、平板离开水面距离和板宽等因素对波浪冲击作用的影响进行了分析讨论,并与试验结果进行比较.     

中科炼化码头工程墩台上托力试验研究

依托中科炼化离岸式码头工程,通过波浪物理模型试验,对码头桩基墩台底面压强和上托力进行研究。首先,在不同墩台底面相对超高条件下,分析了墩台底面波浪压强作用过程以及分布,对作用的两种压强类型(冲击压强和缓变压强)进行探讨,给出了墩台底面同步平均相对压强与墩台底面相对超高的变化关系。然后,在不同墩台底面相对超高条件下,分析了墩台上托力变化过程,并将最大相对上托力与最大相对同步压强进行比较分析。最后,将上托力试验结果与几种典型方法的计算结果进行比较。相关研究提供了深水离岸式码头的桩基墩台上托力计算依据,可供类似工程借鉴。     

不规则波对平板冲击作用数值模拟研究

文章采用数值模拟方法,建立了基于FLUENT软件的二维不规则波浪数值模型,探讨了波浪对水平板结构的作用机理.模型中采用RANS方程和标准k-ε方程,采用VOF方法重建自由液面.通过数值模拟复演了波浪冲击水平板结构的过程,将数值模拟结果与实验数据进行比较,验证了模型的可靠性.经过计算和分析,研究了波浪冲击平板过程中的冲击压力和流场特性,得到了冲击压力和流场的分布规律.分析了波陡,净空及板宽等参数对冲击压力和流场的影响.最后,给出了波浪冲击压力与相应水质点垂直速度间的统计关系,并对河海大学原有冲击压力的计算公式进行了改进,提出了新的冲击压力公式.研究结果表明:冲击压力峰值与相应的水质点垂直速度的平方成正比,修正后的冲击压力公式更为合理、可行.论文工作将对准确预测冲击载荷,掌握更多的冲击机理具有重要意义.     

不规则波对平板冲击作用数值模拟研究（英文）

文章采用数值模拟方法,建立了基于FLUENT软件的二维不规则波浪数值模型,探讨了波浪对水平板结构的作用机理。模型中采用RANS方程和标准k-ε方程,采用VOF方法重建自由液面。通过数值模拟复演了波浪冲击水平板结构的过程,将数值模拟结果与实验数据进行比较,验证了模型的可靠性。经过计算和分析,研究了波浪冲击平板过程中的冲击压力和流场特性,得到了冲击压力和流场的分布规律。分析了波陡,净空及板宽等参数对冲击压力和流场的影响。最后,给出了波浪冲击压力与相应水质点垂直速度间的统计关系,并对河海大学原有冲击压力的计算公式进行了改进,提出了新的冲击压力公式。研究结果表明:冲击压力峰值与相应的水质点垂直速度的平方成正比,修正后的冲击压力公式更为合理、可行。论文工作将对准确预测冲击载荷,掌握更多的冲击机理具有重要意义。     

透空式上部结构开孔沉箱前沿波压力试验分析

通过不规则波物理模型试验,在前人对开孔沉箱波浪力研究的基础上进一步研究了透空式上部结构开孔沉箱前沿的波浪力。分析了结构前沿的波压力分布规律并与现有的波压力计算公式进行对比,发现透空式上部结构面板和底部沉箱结构前沿波压力的计算可通过合田良实公式进行修正,而上部结构纵梁所受的相对点压强值往往较大,因此单独对纵梁上的相对波压强进行分析,给出了计算相对波压强值的经验公式。     

波浪作用下斜坡上护面块体断裂破坏的数值模拟

基于FEM/DEM方法建立原型尺度数值模型,模拟波浪荷载作用下斜坡上护面块体内部的应力分布和断裂破坏过程。其中结构物所受的波浪力采用微幅波的理论解计算,块体之间的运动、接触以及块体变形采用FEM/DEM方法模拟。采用基于势函数的罚函数法计算块体之间的接触力,采用Single/Smeared破坏模型模拟混凝土块体开裂,采用中心差分法的显式积分算法进行数值求解计算。分别采用文中数值模型与ANSYS模型对自重作用下块体的应力进行比较分析,给出了块体碰撞破坏的两种形式,验证了数值模型应力和变形计算的精度。通过数值模拟给出了不同波浪荷载下斜坡上护面块体的运动、内部应力分布、裂缝形成和断裂过程,给出了不同点的应力历时曲线,探讨了块体的应力变化和断裂破坏的特性。     

不规则波作用下桩基-重力式复合结构码头面板的动力特性研究

利用大型有限元计算软件ANSYS的参数化语言APDL进行二次开发,对波浪上托压强作用下桩基-重力式复合结构码头面板的动力特性进行研究,结果表明:1)波浪缓变压强作用下码头面板内力的动静力计算结果基本相等,缓变压强的动力放大作用很不明显;2)波浪冲击压强作用下码头面板内力的动力计算结果随着冲击压强频率的增大而迅速减小,当冲击压强频率大于80 Hz后,动力计算结果约为静力计算结果的0.2倍。     

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。     

《三维破碎波波浪数学模型研究与应用》达到国际先进水平

2006年12月26日交通部科教司在天津主持召开了交通部应用基础项目《三维破碎波波浪数学模型研究与应用》成果鉴定会。鉴定专家委员会的鉴定意见认为：由交通部天津水运工程科学研究所完成的该项研究成果具有创新性，总体上达到国际先进水平。该项目主要研究成果和创新点为：（1）提出了三维破碎波浪与任意形状建筑物相互作用的基本理论，采用交错网格技术、两步映射法、部分单元法和曲面组合法等数值计算技术和方法，成功地建立了三维破碎波浪数学模型。（2）提出了二相流概念在波浪模拟中Heaviside函数的新形式。采用该方法计算的压力分布场满足理论分布，保证了在波浪运动模拟中能得到精确的压力值，避免数值震荡、确保计算结果的精确可靠，具有创新意义。（3）模型建立了在二相流概念下的小振幅波、斯托克斯波、椭圆余弦波、孤立波和线性不规则波的造波方法；并采用相应波浪理论进行了验证。采用水体在方箱中震荡和波浪与大直径圆筒作用的理论解及波浪越潜堤的试验结果分别对模型进行了验证，结果表明模型有很好的质量和能量守恒性；模拟的波浪与理论解相当吻合，该模型能够很好地反映波浪的反射、绕射和非线性变形等特性。（4）采用卷破波和崩破波与直立圆筒作用的两组物理模型试验对该模型破碎波情况进行验证，分析了破碎波与直立圆筒作用的压力分布和流场分布，数值模拟和物理模型的波高分布和压力分布基本一致。进一步证明了模型的科学性和合理性，并为工程应用奠定了可靠的基础。     

T型防波堤水平板波浪冲击压强试验研究

通过规则波与T型防波堤相互作用的试验研究,揭示了T型防波堤底部所受冲击压强产生的原因。分析波浪冲击压强历时曲线、相对板宽对冲击压强沿水平板底部分布的影响,得到T型防波堤水平板冲击压强的特性以及2大影响因素:相对超高和波陡。应用因次分析的方法,推导出T型防波堤底板最大相对冲击压强计算的经验公式。结果表明,该公式计算结果与试验值吻合较好,有一定的适用性。     

铝合金穿浪双体船波激振动响应计算研究

对穿浪型双体船在波浪中航行时的受载状况进行研究,采用规则波理论计算其所受波浪外载荷。利用有限元法建立了铝合金穿浪双体船波激振动响应数值计算模型。基于水弹性理论,采用所建立的数值模型对某全铝合金穿浪双体船高海情试验进行了数值模拟,将数值模拟结果与实船试验数据进行了比较,证明本文方法可靠。进行了该船受6级海况波浪激励的振动响应计算,发现全铝合金穿浪双体船波激振动位移响应较大,远大于常规单体船。还发现高海情中航行时的波激振动应力响应值亦较大。     

开孔率对开孔板消浪效果影响的数值模拟研究

采用VOF方法,结合k-ε紊流模型建立数值波浪水槽。造波边界采用内源造波法,造波边界后方和波浪水槽出口边界均采用海绵层消波,自由面采用F函数追踪,从而数值模拟了波浪对开孔板的作用。将开孔板前波浪反射系数的数值计算结果与文献[14]的物理模型实验结果进行比较,验证所建立的数值模型及计算方法的正确性。通过改变开孔率,模拟波浪与开孔板作用的开孔板前波浪的反射系数,进而分析了开孔率与波浪反射率的关系。同时,分析了波浪作用下开孔板的迎浪面与背浪面的点压力差变化,并主要探讨开孔率与点压力差的相互影响关系。分析结果表明:随着开孔率α的增大,反射率减小,透射率增大,点压差呈非线性变化。     

离岸透空式结构波浪上托力计算方法的探讨

在分析前人试验研究成果的基础上,结合透空式码头结构型式,提出作用在透空式结构面板上的波浪上托力压强分布形式为:同一时刻既有冲击型上托力压强分布,又有均布型上托力压强分布,并给出上托力的计算宽度和总上托力的计算方法。