缆绳材质对不同波浪工况下系泊油船运动影响研究

运用MIKE 21 Mooring Analysis系泊分析软件,针对15万t系泊油船,研究在横浪、顺浪作用下,缆绳属性变化对于系泊油船运动量以及缆绳受力的影响。研究结果表明,在横浪的工况下,系泊油船的横移、纵移、回转三个运动量随着缆绳刚度的增大而减小;在顺浪的工况下,在入射波浪周期较小的情况下,随缆绳刚度的增大,系泊油船的纵移运动量减小、纵摇略有增大。在入射波浪周期较大的情况下,随缆绳刚度的增大,系泊油船的纵移运动量增大、纵摇减小。横摇、回转、横移三个运动量大体上随缆绳刚度的增大而增大,但是变化幅度较小。两种工况下升沉量基本不随缆绳刚度变化。

基于神经网络的多向波作用下直立堤越浪量预测模型

海岸工程中常采用直立堤的结构形式,波浪作用下的越浪量影响因素众多,特别是考虑实际多向波的作用,目前并没有统一的计算方法。利用神经网络方法在计算回归问题上的优势,构建反向传播神经网络模型,采用物理试验数据构建训练集,建立多向波浪作用下直立堤越浪量的预测模型。通过与测试集、经验公式以及其他物理模型试验结果的对比,显示了本模型具有良好的预测精度,可满足工程设计需要。利用该模型进一步分析波浪入射角度和方向分布宽度对波浪越浪量的影响规律,弥补了试验数据不全造成的变化规律不明显的问题。

横浪作用下LNG船运动量小波神经网络预测模型

港口码头设计中主要考虑的问题之一是系泊船舶的运动量。首先开展了26.6万m 3LNG船舶系泊运动物理模型试验,测量了船舶在试验条件下的六自由度运动量;同时,考虑船舶运动响应的主要影响因素,根据横浪作用下26.6万m 3LNG船运动六分量的试验数据,构建了189组容量的训练集,基于小波分析和神经网络,研究确定三层隐含层神经元数分别为8、12和22,进而建立系泊LNG船舶运动量的预测模型。预测结果表明,小波神经网络模型具有输出多参数的算法优势,能够综合考虑系泊船非线性系统中不易量化的众多影响因素(波浪波高、周期、波长以及船舶自身特性等),给出相对精确的预测结果。小波神经网络模型在研究系泊船舶运动量预测方面具有良好适用性,可以有效地预测船舶的运动量,为实际工程设计提供参考。

方向分布对三维聚焦波浪波面特性影响研究

波浪聚焦被认为是产生极限波浪的重要机理之一,近年来受到普遍重视。通过高阶谱方法,引入造波边界建立数值计算模型,模拟聚焦波浪在不同方向分布时的产生和聚焦过程,研究波浪的方向分布对聚焦波浪的波面、波峰最大值、聚焦点的偏移、波面参数及频谱的影响。研究结果表明波浪方向分布越窄,波浪的非线性影响越强、波面越陡,波峰值、聚焦点的偏移和波面特征参数都越大;同时方向分布对波浪聚焦前后的能量具有很大的影响。

非线性波浪的数值模拟

为快速有效地模拟三维波浪问题,采用高阶谱方法建立了完全非线性波浪的数值计算模型.高阶谱方法是将速度势函数展开成Fourier级数的形式,通过快速Fourier变换求其空间导数,具有很高的计算效率和精度.把数值结果与五阶Stokes波理论解和聚焦波实验结果相比较,并计算了初始面升高引起箱体内液体运动问题,验证了所建立的数值计算模型的有效性.

波浪在珊瑚礁地形上破碎特性试验研究

对波浪在珊瑚礁地形上的传播特性进行了物理试验研究,将珊瑚礁地形简化为坡度为1∶5的陡坡(向海坡)加较长水平礁坪段的地形,对规则波和不规则波在该地形条件下的波浪破碎及波高沿程衰减进行了研究。结果表明,波高较小时,波浪破碎发生在礁坪上,但随着入射波高的增大,破碎位置逐渐向来浪方向移动,直至在向海坡段破碎。对于在礁坪上破碎的波浪,相对水深db/L0一定的条件下,破碎波高与入射波陡H0/L0相关,且变化趋势受相对水深db/L0的影响。同时给出了该地形条件下波浪破碎指标以及礁坪段破碎后沿程波高的计算公式。

单船港内首尾双锚锚泊允许波高的试验研究

目前我国渔港港内锚地允许波高的规定是参照国外规定按经验确定,缺乏有效的试验支撑。为了验证现行规定的港内锚地允许波高的合理性,以275HP拖网渔船为代表船型进行了单船首尾双锚锚泊的物理模型试验,研究了渔船首尾双锚锚泊系统在不规则波作用下的锚泊力及运动量的情况,分析了波浪入射角度、渔船载况、波高及周期对锚泊力和运动量的影响。实验结果表明,锚泊力在90°横浪作用时最大,随着载重和波高的增大而增大,随着周期的增大而减小。横摇角度同样在90°横浪作用时最大,随着载重的增大而减小,随着波高的增大而增大;当波浪周期接近渔船横摇周期时,横摇角度达到最大,随后随着周期的增大而减小。试验结果得出,在本次试验范围内,此渔船单船首尾双锚锚泊时的允许有效波高建议取为0.7m。研究结果为港内锚泊允许波高的确定以及渔船缆绳的设计提供了有效的支持。

三维波浪在岛礁地形上破碎特性试验研究

对三维波浪在岛礁地形上的传播特性进行了物理模型试验研究。为了探究三维波浪在岛礁地形上传播的破碎指标,将岛礁地形简化为1∶5的向海坡与水平礁坪相连的物理模型。对于不同波况下的规则波、不规则波、多向波在该地形上的破碎特性进行了研究。结果表明,在该地形条件下,较大入射波高的波浪均在礁坪上发生破碎,并且随着入射波高的增大,破碎位置向来浪方向移动,破碎指标与入射波陡H_0/L_0相关,斜向波浪传播受入射角度的影响。同时,文中也给出了在该地形下波浪的破碎指标,并将三维结果与二维结果进行了对比。

滨海斜坡复式护岸断面波浪爬坡试验研究

通过物理模型试验,研究了不规则波作用下滨海斜坡复式护岸断面波浪最大爬坡距离和爬坡流厚度,探讨了最大爬坡距离和爬坡流厚度的影响因素及其影响规律,发现两者都随着护岸前沿平均越浪量的增大而增大,同时随着距护岸前沿距离的增大,爬坡流厚度减小.在此基础上建立了爬坡距离和爬坡流厚度与各影响因素的关系,并参考相关研究成果讨论了比尺效应对试验结果的影响,当坡度小于1∶8时,比尺效应的影响在5%以内.研究结果可为工程设计和相应的数值计算提供参考.

基于改进Boussinesq方程三角形网格有限元模型

基于改进型Boussinesq方程,建立适用于三角形网格的有限元模型。通过将边界点的笛卡尔坐标转化为法向、切向坐标,对与坐标轴斜交的反射边界进行处理,模型时间积分采用Adams-Bashforth-Moulton预报-校正法。一些经典算例的数值模拟结果表明,数值模型结果与其他数值或试验结果吻合较好,可以用于模拟不规则区域内波浪传播情况,而且通过三角形网格的应用,可有效处理不规则边界问题。

风浪流作用下单船艏艉锚泊允许波高的试验研究

研究风浪、浪流和风浪流联合作用对275HP拖网渔船单船艏艉双锚锚泊时锚泊力和运动量的影响。试验结果表明,风浪作用下的锚泊力和横摇角度均大于纯浪作用的情况;流速小于1.0 m/s时浪流作用下的锚泊力大于纯浪作用的情况,而横摇角度则略小于纯浪作用的结果;风浪流联合作用下的艏艉拉力均大于风浪或浪流作用下的拉力值。由于渔船艏艉受风和受流面积的区别,导致艏拉力时流的影响较大,而艉拉力时则风的影响较大。由于流作用时渔船具有的初始横摇角度对其运动具有抑制,从而风浪流联合作用时的横摇角度要略低于风浪作用下的角度值。在本次试验范围内,当港内同时有10级左右风和小于1.0 m/s流速的流共同作用时,建议允许有效波高取0.6 m比较合适。

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。

多向聚焦破碎波的实验研究

该文采用两种不同频谱形式(等波陡和等波幅)、不同水深,通过波浪聚焦的方法在水池中产生多向聚焦波和破碎波,实验研究了破碎波的波面特性、破碎波的破碎指标及传播过程中的频谱变化,结果表明频谱形式、水深及方向分布对破碎波浪特性有明显的影响;波浪传播过程中频谱高频部分有明显的变化;波浪破碎过程中的能量损失主要来自波浪频谱高频部分。

水槽二维聚焦波浪特性试验研究

为更好地模拟波浪的非线性变化过程,给出了在实验室水槽中采用波浪聚焦产生极限波浪的方法.针对聚焦波浪的特点,采用波峰聚焦和波谷聚焦相加减的方法分析了其谐波分量的特性,结果表明,波浪之间的相互作用,导致低频和高频谐波分量的产生;非线性波浪随着输入波幅的增大而增大,高阶分量的频率范围随着输入频率范围的增大而增大.

单向不规则波群的实验室模拟和分析

文章基于改进的波包谱经验公式,建议了单向不规则波群的数值模拟方法,模拟实例表明,只要给定波要素及描述波浪群性的高度特征参数和长度特征参数,即可通过此波包谱方便地模拟出同时满足给定高度和长度两方面群性特征要求的不规则波群。在此基础上,给出了在水槽指定位置处产生不规则波群的造波板控制信号计算方法,在实验室成功地模拟了同时满足频谱及群性要求的波浪。此外,分析了波浪在传播过程中群性的变化,结果表明,在进行考虑波浪群性的物理模型实验时,不同于一般随机波浪的实验,需在指定位置处产生满足模拟要求的波浪。

斜坡堤越浪流厚度及堤后次生波的试验研究

通过断面物理模型试验,对于斜坡堤的平均越浪量、堤上越浪流厚度以及堤后次生波的波高、周期的变化情况等进行了较系统的研究,初步建立了堤上越浪流的厚度、堤后次生波的波浪透射系数、周期变化系数与无因次平均越浪量的关系。该成果可为工程实际及斜坡堤堤顶越浪情况数学模型的参数调整提供依据。

Spar平台垂荡板水动力特性强迫振动试验研究

采用强迫振动试验的方法,对Spar平台不同振幅和不同振动频率下的附加质量系数和粘性阻尼系数进行了系统研究。分析研究了实心垂荡板和开孔垂荡板对Spar平台水动力特性的影响,并将Spar平台整体模型的试验结果与圆柱体和单独考虑垂荡板时的试验结果比较,结果表明垂荡板结构能有效提高Spar平台的附加质量系数和粘性阻尼系数,在KC=0.2～1.3时,开孔率为5%的开孔垂荡板Spar平台和实心垂荡板Spar平台相比,粘性阻尼有所提高但是附加质量减小。试验进一步研究了垂荡板间距对Spar平台水动力性能的影响,得到了水动力系数随垂荡板间距的变化情况,研究成果对实际工程中Spar平台的优化设计具有一定的指导意义。

VOF与Level Set耦合的界面计算方法及其对波浪破碎过程的模拟

破碎波浪传播过程的数值模拟是研究波浪破碎特性的重要手段。文章提出了一种用于计算界面的VOF和Level Set耦合算法,从而利用VOF方法质量守恒、Level Set方法能够更准确计算法向量的优点。体积分数采用一种较新的VOF几何方法——isoAdvector方法计算,并在此基础上建立了基于等值面的界面重构算法,Level Set函数通过几何迭代方法进行计算并用于计算法向量。通过溃坝问题的求解,验证了该方法的有效性,并将其应用于波浪在地形上传播破碎问题的求解,与实验结果进行对比,说明该方法可以很好地模拟复杂地形上的波浪传播破碎问题。

三维聚焦破碎波相关特性的试验研究——单频聚焦

文章采用波能聚焦的方法,在港池中模拟了三维聚焦波浪,包括未破碎波浪和破碎波浪。通过改变聚焦波浪的方向分布范围,研究方向分布对聚焦波波高分布、几何破碎指标以及能量损失等参数的影响。实验结果表明方向分布范围对波浪的传播和破碎都有显著的影响,波浪方向分布宽时,波浪方向有向主方向集中的现象;同时波浪的破碎指标较方向分布窄时要大,波浪越不易破碎。方向分布越宽时,最大破碎能量损失也越大,文章方向分布范围为[-60°,60°]时,最大的能量损失率可达到约45%。

波浪数物耦合模型的一种新的信号滤波方法

以二维波浪传播数模与物模耦合模型规则波低频滤波问题为研究对象,采用摄动法建立了线性补偿滤波方法。耦合模型中,数值模拟采用基于改进Boussinesq方程的三角形网格有限元模型,物理模拟采用推板式造波机。文中分析了耦合模型信号滤波的目的和目标,并通过造波信号频域的分析,对比了文中方法与传统方法在信号稳定性方面的效果,通过波浪耦合模拟实验对比了波面的数模与物模结果。实验结果表明,与传统方法相比,文中方法能有效解决造波信号的慢漂和计算值偏小的问题,信号更加稳定,耦合误差更小。