长周期波作用下平板阵列防波堤消浪特性数值模拟研究

如何有效地抵御长周期波浪是目前海岸工程所需解决的难题。板式防波堤对长周期波浪具有一定的消浪效果,且施工方便、造价低廉、适用范围广,对其进一步的研究具有重要意义。本文基于数值模拟软件FLOW-3D,建立数值造波水槽,以防波堤相对板长L_(0)/L、相对板间距j/L、相对板厚d/H及板数N为研究参数,给出平板阵列防波堤最佳布置方案及尺寸。模拟结果表明:结构参数相对板厚d/H=0.1,板数N=4,相对板间距j_(1)/L=0.3,j_(2)/L=0.1,相对板长L_(0)/L=0.6,非均匀布置四板型式平板阵列防波堤的消浪效果最好,说明该布置形式对周期小于8 s(原型周期T=25.28 s)的长周期波有良好的消浪效果。

长周期波作用下防波堤施工期掩护效果的波浪场数值分析

研究波浪绕过防波堤进入港内的波高分布和传播方向,对于港口的合理设计、安全运营、施工期合理的作业安排有着重要意义。基于Boussinesq方程模型,以秘鲁钱凯港口施工期的主防波堤为研究对象,对防波堤掩护后的波浪传播过程进行数值模拟,得到典型中长周期海况和3种防波堤推进里程组合工况下的防波堤后波浪场分布,研究发现:当防波堤推进到K0+2100时,防波堤对于码头内侧区域产生良好的掩护效果,但是对防波堤口门处的掩护效果越弱;防波堤对波浪周期的影响较小;防波堤对于SSW浪向的掩护效果要优于SW浪向。研究成果为防波堤处于施工期的掩护效果评估提供了一种有效方法。

长周期波强涌浪海况下自动化移动平台沉桩技术

秘鲁钱凯港工程位于长周期波强涌浪的恶劣海域中,钢管桩数量较多且需无掩护施工,利用传统工艺沉桩较为困难。针对区域海况及工程特点,研发一套装配式自动化移动打桩平台,平台主体由横、竖向钢箱梁通过螺栓法兰盘拼接组成,平台移动由轨道梁+自动化液压油缸顶推系统完成;在平台上安装多个双层抱桩架以稳桩与定位,并为平台的智能运行开发了一套平台自动化监测与控制系统;根据该平台的使用特点提出整套钢管桩平台沉桩工艺。实践证明,该平台及相关工艺解决了恶劣海况下钢管桩沉桩的多重困难,取得了较好的经济效益,可为类似项目提供参考。

广义b方程的孤立波解及周期波解

对于广义b方程的研究主要集中在b≥0的情况,该文利用分支方法研究了b=−3这类特殊广义b方程的分支、非线性波解及动力学特征.在一定参数条件下,得到了该方程的分支相图,还发现了不同于b>0情况的新现象,在行波系统中有无限多周期轨穿过奇异直线φ=c.同时,给出了光滑孤立波解和光滑周期波解的存在性及其精确表达式,共获得了15个非线性波解的显式表达式.

中长周期波作用下的斜坡堤胸墙波浪力试验研究

在印度洋、大西洋沿岸,海岸工程设计波浪周期多在14 s以上,具有显著的中长周期波特征。通过以往工程项目的试验结果发现中长周期波下,规范计算的斜坡堤胸墙波浪力明显小于试验结果。因此,通过系列物理模型试验研究了中长周期波下的斜坡堤胸墙波浪力。分析斜坡坡度、肩台宽度和波浪条件对胸墙波浪力的影响。通过将试验结果与我国现有规范中的经验公式计算所得结果进行对比,发现规范更适用于胸墙底淹没的情况,而对于肩台出水情况,规范计算结果小于试验结果。由此提出了一种新的波浪力计算方法,计算准确度得到明显提高。

深水中长周期波浪下打桩船动力响应研究及系泊系统优化

工程船舶在海况条件相对较差、受中长周期波浪影响的海域作业时,其作业窗口期一般较短,通常会降低施工工效,严重时也会引发系泊系统破坏或船舶倾覆事故。为了有效地解决这类问题,以海力801打桩船为例,采用水动力AQWA软件对该船舶在南美某海域风浪流共同作用下的运动响应以及系缆受力进行数值模拟,研究了不同水深、抛锚缆长度和预张力等参数对船舶运动的影响。计算结果表明,在深水区系泊有助于缓解船舶的纵横摇运动;抛锚缆长度选取6~10倍水深时,船舶运动响应和系泊系统整体受力较小;横摇运动对预张力的变化较为敏感,但是预张力对纵摇运动几乎没有影响。

一类耦合KdV型方程的周期波解、孤波解及它们随Hamilton能量的演变关系

本文研究了一类非线性耦合KdV型波动方程的精确孤波解、周期波解以及它们随Hamilton能量的演变关系。文中利用平面动力系统的方法对该方程进行了详细的定性分析,通过首次积分法求出了该方程的3种孤波解,其中对有界有理函数波解和扭状孤波解的求解是创新性的解。求出了该方程的7种雅可比椭圆函数周期波解,尤其是利用恰当变换求出了非对称同宿轨所围的闭轨对应的新周期波解,以及包围同宿轨的闭轨对应的新周期波解。文中将所求的孤波解和周期波解与Hamilton能量对应起来,并发现了所研方程为什么能产生孤波解和周期波解,实际上是该方程解的振幅对应的Hamilton系统的能量变化起着关键的作用。

中长周期波浪作用下的系泊船舶响应特性研究

基于时域耦合模型,采用数值分析方法研究了系泊船舶在中长周期波浪作用下的响应特性。考虑缆绳和护舷的非线性特性,建立了船舶-缆绳-护舷的三维时域分析模型,分析了该耦合系统的运动响应特性,讨论了不同周期以及不同装载状态对六自由度运动量、缆绳拉力等参数的影响规律。计算结果表明:在满载和压载情况下,除横摇运动外,其他5个自由度的运动量基本都随着周期的增大逐渐增大,谱峰周期17 s时满载和压载的横摇运动分别为1.71°和0.93°,略大于15 s和19 s的数值;在满载和压载情况下,缆绳拉力明显随着波浪周期的增大逐渐增大,且最大受力出现的位置均在艏横缆和艉横缆上,在作业过程中应予以重视。综上,系泊系统的动力响应对长周期波浪极为敏感,建议密切关注工程区域的波浪情况,以保障码头作业的安全性。

长周期波大输沙量条件下海港平面布置方案

随着“一带一路”的建设,西非、地中海以及印度洋沿岸等海域由于其特定的自然条件导致具有明显的长周期波浪成分,且已对港口工程建设产生了严重影响。结合非洲某港口工程实例,其具有波浪周期长以及沿岸输沙量大两大特点;长周期波及大输沙量易引起港内泊稳条件差、泥沙淤积重,外海船舶施工风险大等问题,经对其平面布置方案研究后,决定采用挖入式港池布置方案,并通过波浪泥沙数学模型及物理模型试验等研究方法进行验证。结果表明,该挖入式港池方案能较好地解决以上问题。

长周期波浅覆盖层无掩护海域离岸码头施工关键技术

依托巴基斯坦中电胡布燃煤电厂煤码头工程,针对长周期波浅覆盖层无掩护海域离岸码头施工的特点和难点开展研究,从“长周期波浅覆盖层无掩护条件下离岸高桩码头总体施工方案”、“长周期波浅覆盖层条件下钢栈桥施工方法”、“步履式液压顶推平台法钻孔灌注桩施工方法”、“长周期波及经历季风期外海孤岛防波堤施工技术”共4个方面,运用理论分析、现场实施效果、综合理论研究、科学试验多项手段,解决长周期波浅覆盖层无掩护海域高桩码头施工的技术难题,形成了成套的建设技术,为类似条件外海码头施工积累了宝贵的经验。

港口长周期波问题的应对措施

针对长周期波带来的港口作业问题,研究国外港口缓解长周期波成功案例,凝练出抑制长周期波波源、优化平面布局、构建消波结构物、改进系泊配置、开发预报系统等5个方面的应对措施。研究表明,抛石斜坡堤(宽度不小于30 m)、真空系泊系统(MoorMaster^(TM)、Auto Moor等)和液压系泊系统(ShoreTension■)为行之有效且低成本的对策,可供类似工程参考。

Davey-StewartsonI的周期波解

利用新近提出的F-展开法,导出了Davey- Stewartson 方程的由Jacobi椭圆函数表示的周期波解;并且,在极限的情况下,得到了Davey- Stewartson 方程的孤波解以及其他形式解.

应用F展开法求KdV方程的周期波解(英文)

提出了求非线性数学物理演化方程周期波解的F展开法,该方法可看作最近提出的扩展的Jacobi椭圆函数展开方法的浓缩.直接利用F展开法而不计算Jacobi椭圆函数,我们可同时得到著名的KdV方程的多个用Jacobi椭圆函数表示的周期波解.当模数m→1 时,可得到双曲函数解(包括孤立波解).

变系数KdV方程的周期波解

利用齐次平衡原则和F 展开法的思想求出了变系数KdV方程和柱KdV方程的多个以Jacobi椭圆函数表示的精确解,在极限情形也得到孤立波解和三角函数表示的精确解。这些解对于深入探讨流体力学和气象学方面的问题都有比较大的帮助。

非线性波动方程的孤波解及余弦周期波解

利用假设待定法,求出了非线性波动方程的具有双曲正割函数分式形式且渐近值不为零的精确孤波解和余弦函数周期波解,并分别讨论了它们的有界性,揭示了行波波速改变对钟状孤波解与余弦函数周期波解波形变化的影响.

长周期波浪冲击下胸墙受力试验

以长周期波浪冲击下斜坡式结构顶部胸墙为研究对象,通过物模试验研究其波浪荷载,并与中国规范和美国CEM手册的计算结果进行对比。在此基础上,进行孤立胸墙的验证试验。结果表明,中国规范和美国CEM手册所采纳的经验公式,均未充分体现长周期波浪破碎对胸墙受力的影响;两种方法的计算结果较为接近,但与物模试验结果差异较大。试验结果相当于规范结果的5倍。因此,在进行长周期波海区工程设计时,应特别注意长周期波浪对胸墙的破碎冲击作用,不能仅用规范公式进行计算,应按规范要求进行物理模型试验。

(2+1)维KdV方程的周期波解和孤立波解

扩展了最近提出的F 展开法并用其求出了(2+1)维 KdV方程的 Jacobi椭圆函数表示的周期波解,在极限情况下得到了孤立波解和三角函数解.F 展开法作为 Jacobi椭圆函数展开法的概括,还可以用来求解其它的非线性发展方程.

BBM方程的周期波解和孤立波解

根据齐次平衡原则并利用F 展开法求出了BBM方程和(2+1)维BBM方程的用Jacobi椭圆函数表示的双周期波解。在极限情形下,得到了方程的孤立波解和单周期波解。F 展开法作为Jacobi椭圆函数展开法的全面概括,也可应用于求解其它非线性发展方程。

Zhiber-Shabat方程的孤立波解与周期波解

结合齐次平衡法原理并利用F展开法,再次研究了Zhiber-Shabat方程的各种椭圆函数周期解.当椭圆函数的模m分别趋于1或0时,利用这些椭圆函数周期解,得到了Zhiber-Shabat方程的各种孤子解和三角函数周期解,从而丰富了相关文献中关于Zhiber-Shabat波方程的解的类型.

广义五阶KdV方程的新的周期波解与孤立波解

应用Jacobi椭圆函数展开法求解广义五阶KdV方程,结果得到方程的新的精确周期波解.并用在Jacobi椭圆函数展开法中包含的双曲函数正切法同时得到方程的孤波解,使得得到的解可以广泛的应用于诸如物理等其他科研领域.