波浪作用下网箱所受波浪力的影响因素试验研究

为研究网箱在波浪场中所受波浪力,设计圆形和方形两种不同形状的重力式网箱模型,并对网箱装配同种规格不同密实度大小的网衣,通过模型试验获取网箱在8种设计波况下的受力曲线。将装配相同网衣的圆形网箱模型和方形网箱模型所受的波浪力进行对比,结果表明,相对于方形网箱,圆形网箱承受更小的波浪力;同时将装配大密实度网衣的圆形网箱模型与装配小密实度网衣的圆形网箱模型所受的波浪力对比,结果表明,装配大密实度网衣的网箱模型比装配小密实度网衣的网箱模型受到的波浪力大。此外,从试验结果也可发现,波长的改变对网箱所受波浪力的基本无影响,而随着波高增加网箱所受波浪力也增大。     

基于双层Boussinesq方程的聚焦波数值模型

基于高精度双层Boussinesq方程,建立了聚焦波的时域波浪数值水槽。时间积分采用混合4阶Adams-BashforthMoulton预报-校正格式,聚焦波生成则采用累加不同频率规则波的内部造波源项法。针对Baldock等的聚焦波试验进行数值计算,计算结果与试验数据吻合较好。利用验证后模型进一步考察了非线性对数值计算聚焦波的影响,其中考虑了强非线性、弱非线性以及线性3种情况,结果表明非线性对精确模拟聚焦波至关重要,强非线性模型给出的结果最好,弱非线性次之,线性最差。     

基于多孔介质模型的网衣对波流场影响的数值模拟研究

用多孔介质模型模拟网箱中的刚性金属网衣。基于计算流体力学软件STAR-CCM+，建立稳定的来流作用下刚性网衣对周围流场影响的数值模型，研究水流经过网衣后流场的变化及流速衰减，并与模型试验结果进行比较，验证了多孔介质模型模拟网衣周围流场的正确性。建立了波浪与网衣相互作用的数值模型，分析刚性网衣对波浪衰减的影响以及网衣的波浪透射系数与波浪参数之间的关系，为对网箱内部波流场的研究提供参考。     

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。     

基于CFD的风电安装船首部砰击载荷分析

以国内某艘风电安装船为研究对象,基于计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）在规则波（斯托克斯五阶波）作用下,研究其首部砰击载荷随波浪参数的变化,依据波浪高度与波浪长度不同,设计了3组不同波高和5组不同波长,对15种计算工况进行分析。在船首位置取16个观测点,计算各点处的砰击载荷,对不同波浪参数下的砰击载荷进行研究。计算分析得到：风电安装船作业中,随波高增大,船舶首部砰击载荷也增大,随波长增长,砰击载荷呈先上升后下降的趋势,并且当波长等于船长时,砰击载荷峰值达到最大。船首砰击主要是由船舶在波浪中出水、入水所致,因为距水线面越近的观测点受到的砰击载荷越大,所以需要重点加强距水线面近的船首位置。文中所述方法可为后续风电安装船结构强度设计提供一些有益参考。     

《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。     

半潜式渔业养殖平台运动响应研究

半潜式渔业养殖平台通常由浮体系统、框架系统和网衣系统组成.论文提出了一个混合时域数值模型,采用势流理论计算浮体系统承受的水动力载荷,并分别用莫里森公式和平面模型法计算框架系统和网农系统承受的水动力载荷,进而求解平台的运动方程.基于该数值模型编制了计算程序,对一个半潜式渔业养殖平台在各种波况下的运动响应进行数值计算.用商...     

大尺度结构船舶波浪线性载荷数值计算

在大尺度船舶结构设计过程中,为满足强度要求,需把线性波浪载荷考虑在内。在切片理论的基础上,计算波浪载荷数值,误差大,准确性低。针对上述问题,提出基于三维势流理论波浪载荷数值计算方法。根据三维势流理论定义给出该计算方法的假定条件,在此基础上,设计速度势方程,并利用格林函数法求解,计算在长期预报情况下的船舶线性波浪弯矩,完成波浪线性载荷数值计算。结果表明:基于三维势流理论的波浪载荷数值计算方法在准确性方面要优于基于切片理论的波浪载荷数值计算方法,误差减小0.4×106 Nm,基本完成了载荷精确计算的目的。     

网衣生物附着对半潜式波浪能养殖平台水动力特性的影响

以“澎湖号”半潜式波浪能养殖平台为研究对象，采用基于1阶泰勒展开边界元法的中国数值水池软件，建立增加等效波浪载荷面积模拟生物附着的简化仿真方法，对6种生物附着覆盖面积率下的养殖平台频域运动响应进行分析。作为对均匀分布假设的修正，同时给出2种生物附着不均匀分布的模型，并将其计算结果与均匀分布模型的计算结果相对比。结果显示，网衣生物附着对平台横荡和垂荡2个自由度运动特性的影响显著，运动幅值最多增大10%左右，横荡2阶力增幅可达115.97%。     

畸形波作用下内倾船波浪载荷模型试验研究

对内倾船在畸形波作用下的波浪载荷特性开展了模型试验研究。基于线性波浪叠加理论在拖曳水池中模拟畸形波。进行了波浪载荷试验,测量了船体典型剖面的垂向波浪剪力和弯矩,并和常规不规则波浪下的试验数据进行比较,开展了内倾船在畸形波作用下的波浪载荷试验,考察航速对船体波浪载荷的影响。这项研究对于极端海况下舰船波浪载荷评估和结构强度设计具有重要的工程价值。     

椭圆余弦波对圆弧型固立防波堤的绕射波浪力

基于椭圆余弦波绕射理论,应用特征函数展开法,推导浅水波对圆弧型固立防波堤绕射的波势解,据此计算作用于防波堤的水平波浪载荷。结果表明:浅水波入射角与非线性影响参数、海况条件以及防波堤几何条件等因素的相对变化对波浪作用均存在一定的影响。与微幅波理论对比可知:在一定浅水条件下采用椭圆余弦波一阶分量模型所计算的最大无量纲波浪力均明显高于微幅波理论的对应估值,反映了水波非线性因素的影响效应。     

基于FLUENT的垂向二维数值波浪水槽的造波效果

建立精准的数值波浪水槽需要选取合适的造波方法、波浪方程和网格尺寸。利用FLUENT流体力学模型,采用源项法、推板法、速度边界法3种造波方法,分别建立不同网格尺寸和波陡条件下的数值波浪水槽。结合相应的波浪理论,比较采用各造波法的数值一阶线性波和二阶Stokes波、三阶Stokes波效果,得出数值波传播特点、适宜网格尺度及波陡对数值波效果影响。结果表明,源项造波法造波的波高沿水槽衰减最快,对网格尺寸变化最敏感;推板造波法数值造波效果最好;速度边界造波法计算效率最高,数值波高沿水槽衰减速度最小;在数值水槽的波浪传播有非线性作用影响,导致即使造波是线性波,传播到一定距离后,波面也有非线性变形。     

波激振动和砰击颤振对大型油船疲劳强度影响研究

文章给出线性波激振动和砰击颤振引起的大型油船结构疲劳贡献度的计算方法。基于三维线性水弹性理论可计算得到包括刚体和2节点的振动模态下的垂向弯矩的传递函数,采用谱分析法对某30万吨油船进行结构疲劳强度计算,分析波激振动对船体结构疲劳损伤影响;基于二维非线性波浪载荷程序（含砰击颤振的波浪载荷）,采用时域方法对该油船进行船体梁弯矩计算,分析砰击颤振对船体梁弯矩及疲劳载荷的影响;结果表明对于该类大型油船波激振动和砰击颤振对船体的结构疲劳损伤的影响不可忽略。     

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。     

深海平台砰击载荷的数值分析

文章以深海平台为例,研究在迎浪海况的作用下,波浪对平台的砰击效应.将平台简化为大尺度,深吃水,几何形状规则的刚体,采用计算流体力学中的有限体积方法,将计算区域划分为一系列不重复的控制体积,使每个网格节点周围有一个控制体积,求解离散方程,利用流体体积理论捕捉自由表面的波形.依据三阶斯托克斯波波浪理论,利用fluent软件建立相应的数值水槽,并进行造波及消波设置,得到稳定的波浪场.采用固定平台六自由度的方法,初步地对平台所受的波浪砰击载荷进行分析计算.     

三维流体动力方法计算穿浪双体船的船体响应

穿浪双体船船型复杂,航速较高,要准确预报其波浪载荷比较困难,但同时对于结构设计而言又非常重要。基于线性势流理论,采用三维流体动力学方法在时域上计算了穿浪双体船的运动响应和波浪载荷,时域计算结果经过傅立叶变换,在频域上分析了其响应特征。通过与规则波中试验结果和数值计算结果进行比较分析,表明用该方法计算穿浪双体船的船体响应可以获得比较满意的结果,可应用于同类船舶的波浪载荷预报。     

二维驳船结构在规则波作用下的高频共振响应研究

基于势流理论建立二维完全非线性数值波浪水槽模型,利用该模型对二维驳船结构在非线性规则波作用下的高频共振响应进行了研究.采用高阶边界元方法解决边界值问题,应用混合欧拉-拉格朗日方法和四阶龙格库塔法模拟结构物与波浪的相互作用,引入虚拟函数法耦合求解波浪载荷与物体运动.计算了浮动驳船结构在规则波作用下的运动,并将数值结果与实验值进行了对比验证.当入射波浪的3倍频等于物体横摇方向固有频率时,物体横摇运动发生的高频共振现象,并分析了其影响因素.基于完全非线性数值波浪水槽模型探究了高频共振响应现象的发生机理,为今后海洋工程结构物的高频共振响应问题做有益探索.     

舰船在恶劣海况中非线性波浪载荷与上浪载荷研究（英文）

在恶劣海况中航行的舰船不仅会发生大幅的运动而且还会承受一些非线性波浪载荷,比如上浪与砰击载荷。这些高频的非线性波浪载荷的联合作用(尤其是砰击)会影响船体结构安全。为此,过去几十年里大量学者开展了相关的研究。本文介绍了在中国船舶科学研究中心耐波性水池开展的一条舰船模型的波浪载荷试验研究,研究测量了模型在多工况下的波浪载荷与上浪压力。其次,使用了二维非线性程序(NORS)基于势流理论并考虑非线性对该船在大波高中的波浪载荷开展了数值计算研究。NORS程序能够在时域内考虑瞬时湿表面变化、船体砰击上浪载荷,其计算精度在大量的工程计算中得到了验证。另外,基于试验结果与数值计算结果,分析研究了船体波浪载荷的频率特征、试验结果中上浪载荷变化的特征。本文研究结果可以对该舰船结构强度评估和结构设计起到支撑和指导作用。     

海上旅游平台大跨度网壳结构强度分析

海上旅游平台大跨度网壳结构作为新型结构,目前还没有成熟的设计和强度分析方法。本文以网壳结构立柱间的相对位移为波浪载荷控制参数,基于设计波法和三维水弹性理论计算波浪载荷;以百年一遇的风速作为风载工况,采用k-ε湍流模型模拟风场计算风载荷,利用面元积分法计算网壳结构等效节点载荷,建立大跨度网壳结构外载荷计算方法。在此基础上,以“海洋之心”旅游平台为算例,开展了网壳结构响应分析,获得了风载荷、波浪载荷及风浪联合作用下的网壳结构响应,对比分析了风载荷和波浪载荷对网壳结构响应的影响。