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作者：王占行大连理工大学

学位级别：硕士

波浪作用是海洋工程结构物的主要荷载之一,也是海洋工程结构物设计时必须要考虑的问题。极限波浪作为波浪的一种极限情况,会产生极强的波浪力,是造成海洋结构物破坏的主要因素之一,往往成为海上建筑物结构设计的控制情况。研究极限波浪... 详细信息

波浪作用是海洋工程结构物的主要荷载之一,也是海洋工程结构物设计时必须要考虑的问题。极限波浪作为波浪的一种极限情况,会产生极强的波浪力,是造成海洋结构物破坏的主要因素之一,往往成为海上建筑物结构设计的控制情况。研究极限波浪对海洋结构物的作用,对结构物的设计及安全评估具有重要的意义。本文利用波能聚焦的方法在水池中产生多向聚集波浪以模拟极限波浪,并作用于固定的直立圆柱,研究不同波浪参数情况下(聚焦波幅、谱峰频率、频率宽度及方向分布集中度参数)圆柱周围波浪涌高、圆柱所受波浪总力以及圆柱周围压力分布情况。通过对所产生的多向聚焦波浪波面特性的分析,结果表明波浪参数对聚焦波浪的波面特性有明显的影响。谱峰频率与频率宽度越大,沿水池中心线方向波面分布越窄,波陡越大,垂直于水池中心线方向波面分布也越窄;方向分布集中度参数越大,波浪越趋向于单向波浪,沿水池中心线方向波面分布越窄,波陡越大,垂直于波浪方向波面越宽。通过分析多向聚焦波浪作用于直立圆柱所引起的圆柱迎浪面以及圆柱周围波浪涌高。给出了聚焦波浪参数(谱峰频率、频率宽度、方向分布集中度参数以及聚焦波幅)与波浪涌高的关系。圆柱迎浪面波浪涌高率随着这些参数的增大而增大,实测的最大涌高率可以达到1.68。实验同时研究了圆柱周围波浪涌高分布,圆柱迎浪面的涌高率要较其它位置的涌高大,涌高最小值位于测点与圆柱迎浪面呈135°位置。通过对圆柱所受波浪总力分析,结果表明,无因次的波浪总力最大值随聚焦波浪陡度的增大而减小;当圆柱相对尺度较小时,无因次的波浪总力最大值随方向分布集中度参数的增大而增大;当圆柱相对尺度较大时,圆柱的受力反而随方向分布集中度参数的增大而减小。实验也观测到聚焦极限波浪引起的圆柱"Ringing"现象,K1A>0.36时,聚焦波浪作用于直立圆柱将会引起"Ringing"现象,而K1A<0.36时,将不会出现"Ringing"现象。通过圆柱所受压力分布结果分析,表明圆柱迎浪面的静水面位置,无因次的点压力随圆柱相对尺度和波陡的变化趋势不明显,而随方向分布集中度参数的增大而增大;静水面以下各点无因次的点压力随圆柱相对尺度、波陡以及方向分布集中度参数的增大而减小。静水面处圆柱周围无因次的点压力最大值出现在45°处,最小值出现在135°位置;静水面下各点,圆柱周围无因次的点压力最大值出现在迎浪面位置,最小值出现在90°位置。

关键词：多向聚焦波浪极限波浪波浪涌高波浪总力压力分布

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极端波浪在圆柱结构涌高的试验研究

极端波浪在圆柱结构涌高的试验研究

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作者：岳磊大连理工大学

学位级别：硕士

圆柱结构是海洋建筑物中常出现的结构型式,波浪沿着柱体会产生涌高效应,对结构上部建筑构成一定威胁。特别是随着深水结构物的不断出现,深水中极端波浪在结构上产生的涌高具有较强的非线性,如何准确计算波浪涌高,合理设计结构高度,减小... 详细信息

圆柱结构是海洋建筑物中常出现的结构型式,波浪沿着柱体会产生涌高效应,对结构上部建筑构成一定威胁。特别是随着深水结构物的不断出现,深水中极端波浪在结构上产生的涌高具有较强的非线性,如何准确计算波浪涌高,合理设计结构高度,减小波浪涌高造成的影响是结构设计时关注的问题之一。本研究在实验室内,通过物理模型试验的方法,考虑不同波浪参数,分别模拟了规则波、不规则波和聚焦波与圆柱结构的作用,对圆柱结构周围波浪涌高进行了测量,重点分析了波陡、结构尺度等参数对波浪涌高的影响,并给出了涌高的经验计算公式。研究结果表明:（1）对于规则波、不规则波和聚焦波作用下圆柱周围波浪涌高的变化情况,均有相同规律,即实验所测得圆柱迎浪面处的涌高最大,波浪涌高先随角度的增大先减小,大概到135°附近变成最小值,然后随着角度增大而增大,与理论公式结果的变化趋势一致,但是理论结果会低估迎浪方向的涌高。（2）不同波浪参数（波陡、圆柱尺度、BFI值）对圆柱周围测得的涌高都有影响。对于圆柱迎浪方向α=0°处,不同波浪作用时圆柱的波浪涌高均随波陡以及圆柱尺度的增大而增大,其中不规则波作用时大涌高出现的概率会随BFI的增大而减小。（3）无论是大圆柱还是小圆柱,聚焦波作用在圆柱迎浪面上的涌高比规则波更大,最大可以达到2.05,说明极限波与圆柱作用涌高更明显。（4）在速度水头公式基础上,结合二阶波浪理论,考虑相对尺度ka的影响,提出的经验公式能够很好地计算规则波、不规则波和聚焦波与不同圆柱作用时的涌高。本文研究结果对圆柱结构上的波浪涌高提供了重要参考意义,有助深入理解实际深海中结构建筑物的波浪涌高,也可为海洋平台结构的建造提供支持。

关键词：波浪涌高极端波浪规则波不规则波聚焦波

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聚焦极限波浪与直立圆柱作用的实验研究

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中国水运（下半月） 2012年第11期12卷 72-74,255页

作者：王占行孙一艳中国水产科学研究院渔业工程研究所北京100125 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116023

文中利用波能聚焦的方法在实验室水池中模拟了多向聚焦极限大波,研究极限大波作用于直立圆柱引起的圆柱迎浪面波浪涌高以及圆柱正向波浪力的特点。实验模拟了不同参数的多向聚焦波浪,如谱峰频率、聚焦波幅、方向分布集中度参数和频率宽... 详细信息

文中利用波能聚焦的方法在实验室水池中模拟了多向聚焦极限大波,研究极限大波作用于直立圆柱引起的圆柱迎浪面波浪涌高以及圆柱正向波浪力的特点。实验模拟了不同参数的多向聚焦波浪,如谱峰频率、聚焦波幅、方向分布集中度参数和频率宽度等,实验结果表明聚焦波浪参数对圆柱迎浪面波浪涌高以及圆柱正向总力有明显的影响,圆柱迎浪面波浪涌高与波浪力的响应不同。

关键词：极限波浪波浪涌高波浪力

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畸形波对小尺度海工立柱式结构作用的数值模拟

畸形波对小尺度海工立柱式结构作用的数值模拟

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作者：刘师辉华南理工大学

学位级别：硕士

极端波浪是影响海洋工程结构物正常工作和生存的最主要的海洋条件之一,而畸形波是其中一种极为特殊的强非线性极端波浪,具有出现频率高和随机瞬时发生的特性,一旦遭遇,它产生的巨大波浪载荷将对海洋工程结构物造成灾难性的危害,因此,畸... 详细信息

极端波浪是影响海洋工程结构物正常工作和生存的最主要的海洋条件之一,而畸形波是其中一种极为特殊的强非线性极端波浪,具有出现频率高和随机瞬时发生的特性,一旦遭遇,它产生的巨大波浪载荷将对海洋工程结构物造成灾难性的危害,因此,畸形波与结构物相互作用方面的研究得到了国内外众多专家学者的重视。比较常见的海洋结构物多具有立柱结构,它们在多数海况下都具有小尺度的特点,开展畸形波与小尺度立柱结构相互作用的数值模拟研究具有重要的理论和实际工程意义。本文基于Fluent软件平台,构建了二维和三维波浪数值水槽,在指定时间和指定位置模拟了畸形波的生成;通过在水槽中加入小尺度垂直立柱结构,建立了畸形波与小尺度垂直立柱相互作用的模型。对比研究了畸形波与“同尺度”的线性规则波和二阶斯托克斯波对小尺度垂直立柱的冲击效应,并分析了相关因素对冲击效应的影响,主要结论如下:(1)二维和三维数值波浪水槽中的畸形波模拟值很好地拟合了理论值,四个畸形波特征参数与定义值误差基本不超过8%;(2)与畸形波相互作用时,小尺度垂直圆柱体波浪力、迎浪面上的波浪涌高和柱表面的动水压强显著增加,且远大于“同尺度”的线性规则波和二阶斯托克斯波的作用强度。在畸形波冲击的瞬间,圆柱体受到一个极强的动水压强作用,柱体承受的波浪力在波峰作用瞬间达到极大值;(3)小尺度圆柱体受到的波浪力、迎浪面上的波浪涌高和柱表面的动水压强基本上随着畸形波有效波高、谱峰周期和圆柱直径的增加而增加,但聚焦点的位置变化对柱体的最大波浪力影响不大,而对迎浪面上的波浪涌高和柱面动水压强值有所影响;(4)与圆柱体相比,同尺度方柱受到最大波浪力、迎浪面上的波浪涌高和柱表面迎浪方向上的最大动水压强有较大的增加,其最大波浪力是圆柱体的1.57倍。

关键词：畸形波小尺度圆柱体波浪力波浪涌高动水压强

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