基于Laguerre函数对圆柱面绕射势的数值逼近

无限深圆柱表面绕射势沿水深方向的变化是连续的、不断衰减的。基于无穷区间Laguerre多项式并引入的伸缩系数s定义了Laguerre函数,既保证了函数在无穷区间的正交性,又使函数具有灵活性。绕射势的变化,可以用一系列Laguerre函数表示成级数形式。文中对该方法的收敛性进行了证明,并以一条FPSO为例对其在圆柱面的绕射势进行了逼近。求解级数展开式的系数时会遇到无穷积分问题,采用多次使用Gauss-Legendre积分和Gauss-Laguerre积分相结合的方法代替传统的Gauss-Laguerre积分方法,获得更高的积分精度。利用Laguerre函数可以对Rankine源法或者Rankine-Kelvin法的控制面上速度势进行逼近。

二阶绕射势外场解的新方法的研究

Stokes波中,为得到完整的二阶波浪力和波浪压力,直立圆柱的二阶绕射势的求解是关键。数值方法可以采用设置控制面,内场用简单Green函数方法,外场用解析表达式,本文重点寻求外场解析式的一种新的简便方法,从而可以得到一种求解二阶波浪力和波浪压力的简单方法。

Stokes波在铅垂圆柱上绕射的二阶分析

在势流假设下,利用摄动原理,求解 Stokes 波中铅垂圆柱的二阶绕射势,得到完整的二阶波浪压力和波浪力。根据铅垂圆柱的几何特性,采用两种求解方法。一是直接利用外场解析表达式求解;二是设置控制面,外场用解析表达式,内场用简单 Green 函数方法求解。两种方法得到的结果吻合良好,验证了计算方法的有效性,可为求解任意三维物体的二阶绕射问题提供参考。

淹没矩形防波堤透反射系数特性研究

采用解析方法研究了斜向入射波作用下淹没矩形防波堤的透反射系数特性.首先利用特征函数展开法导出了绕射势函数的分析解和透反射系数的计算公式,然后利用边界元方法验证了解析解,在此基础上利用解析解分析了若干工况下的防波堤透反射特性.计算结果表明,淹没矩形防波堤截面的宽度、高度和相对位置以及入射角的改变都不同程度影响反射系数和透射系数.在中等深度条件下,对于一定频率的波浪,位置和尺寸适当的淹没矩形堤可以反射大部分斜向入射波.研究结果对设计淹没的矩形防波堤具有重要的参考价值.

双淹没矩形体的透反射特性分析

采用解析方法研究了斜向入射波作用下双淹没矩形体的透反射系数特性.首先利用特征函数展开法导出了绕射势函数的分析解并进一步得到透反射系数的计算公式,然后利用边界元方法验证了解析解.与单个的淹没矩形体相比,双淹没矩形体在一定范围内有较高的反射系数.最后利用解析解分析了若干工况下的双淹没矩形体的透反射特性,给出了影响透反射系数的几何因素.

椭圆型缓坡方程的一个有效的有限元解

将海绵层消波的方法用于有限元方法中 ,提出了缓坡方程的一种有效的有限元求解方法 .在应用有限元法求解椭圆型缓坡方程时 ,通过在方程中加摩阻项 ,并在入射边界 (波浪由此边界进入计算域 )处使用不连续单元 ,将绕射势从总势中分离出来 ,在边界上利用海绵层进行消波处理 ,有效地消除了由于引用放射边界条件引起的误差和数值反射现象 .

深水Spar平台主体波浪载荷计算

用半解析方法研究孤立的截断的浮式Spar平台主体的一阶绕射问题,在入射波浪周期为4～40s的范围内分别得到迎浪0(°)和45(°)角时的纵荡激励力、垂荡激励力和纵摇激励力矩图,得到的数值计算结果与MOSES和WAMIT应用软件计算结果一致。所得计算结果,可应用于Spar平台的运动计算。

船舶在波浪中航行受到的平均二阶波浪力

本文计算了船舶在波浪中航行受到的平均二阶波浪力，包括横漂力和波浪中增加的阻力。计算过程中仅考虑了一阶势。一阶势的计算采用了Frank的close－fit法。数值计算结果与其它计算方法和实验数据进行了比较。

Spar平台波浪载荷计算研究

将Spar平台主体简化为大尺度的直立浮动圆柱体,研究浮动圆柱体的波浪绕射问题。在理想流体的条件下,采用解析解的方法推导波浪绕射力的计算公式。运用推导出的公式计算了一座平台实例在入射波浪频率为0.1~1.0rad/s的范围内的纵荡激励力和纵摇激励力矩。并且采用hydrostar计算了平台实例的不同方向的激励力和力矩,与理论计算结果进行了比较,对该平台的波浪载荷进行了分析。

消减波浪荷载的桥梁沉箱基础外形设计研究

基于波浪场中动水压强的空间分布特征,提出了消减跨海桥梁沉箱基础波浪荷载的方法:一是优化基础横截面外形,调节基础横截面外轮廓不同位置波浪压力的相位差,减小基础所受到波浪力和力矩;二是优化基础竖截面外形,减小水面附近波浪能量集中区域的截面尺寸,增大靠近海床面区域的截面尺寸,将基础下部的迎浪面设置为外伸斜面,利用斜面上波浪压力竖向分力产生的力矩抵消部分水平分力产生的力矩,从而消减桥梁基础上的总波浪力矩。对于大尺度矩形和圆端矩形截面的桥梁深水沉箱基础,基于势流绕射理论和边界积分方法进行分析,结果表明,相比于矩形截面,采用圆端矩形截面可有效减小基础的波浪力和力矩;相比于上下等截面的基础,采用下部迎浪面设置外伸斜面的基础可以大幅减小基础的波浪力矩。研究成果可为跨海桥梁深水基础设计提供参考。