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均匀流中双色波传播特性的模拟研究

计算力学学报 2014年第3期31卷 402-407页

作者：宁德志石进滕斌大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024

针对双色波浪与均匀流相互作用问题,采用时域高阶边界元方法建立自由水面满足完全非线性边界条件的数学模型。求解中采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶龙格库塔方法更新下一时间步的波面和速度势。通过与已发表试验... 详细信息

针对双色波浪与均匀流相互作用问题,采用时域高阶边界元方法建立自由水面满足完全非线性边界条件的数学模型。求解中采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶龙格库塔方法更新下一时间步的波面和速度势。通过与已发表试验结果对比,验证了本模型的准确性。通过数值计算研究了水流参数对各组成波及衍生的高阶波幅值、波浪和水流间能量交换的影响规律。

关键词：双色波均匀流高阶边界元方法时域模拟谱方法

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长波波列传播特性的模拟研究

水动力学研究与进展（A辑） 2018年第6期33卷 714-719页

作者：李翔宁德志大连理工大学海岸和近海国家重点实验室

长波波列在结构上会产生很大的波浪爬高和荷载。这种波列在长距离的传播中无法维持稳定,导致其波面形态发生改变,并对其之后与结构的相互作用产生很大影响,该现象亦出现在对海啸波波列的观测中。该文基于时域高阶边界元方法,建立了完全... 详细信息

长波波列在结构上会产生很大的波浪爬高和荷载。这种波列在长距离的传播中无法维持稳定,导致其波面形态发生改变,并对其之后与结构的相互作用产生很大影响,该现象亦出现在对海啸波波列的观测中。该文基于时域高阶边界元方法,建立了完全非线性二维数值波浪水槽,对长波波列传播过程中的变形和各阶波浪间能量交换问题进行了模拟和研究。自由表面满足完全非线性自由水面运动学和动力学边界条件,采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪瞬时自由面流体质点,采用四阶Runge-Kutta法对下一时间步的波面和自由面速度势进行更新。研究发现,在长波传播过程中,波面会产生振荡变形,能量会由低阶传递到高阶成分,使得波高显著增大,这会导致在结构上产生极大的瞬时荷载和波浪爬高。

关键词：非线性高阶边界元方法长波波列波浪变形

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非线性波浪与柔性水面漂浮式光伏结构作用的数值模拟

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海洋工程 2023年

作者：吴勇虎于邦廷梁爽于广欣李元芳张一平中海油研究总院有限责任公司大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室

大型水面漂浮式光伏系统具有水平面积大、垂向抗弯刚度低的特点，在外海波浪作用下，柔性光伏系统的水弹性运动响应较大。针对漂浮式柔性光伏结构的特点，建立了二阶非线性波浪与柔性漂浮式光伏耦合作用的频域数值模型，基于模态展开法... 详细信息

大型水面漂浮式光伏系统具有水平面积大、垂向抗弯刚度低的特点，在外海波浪作用下，柔性光伏系统的水弹性运动响应较大。针对漂浮式柔性光伏结构的特点，建立了二阶非线性波浪与柔性漂浮式光伏耦合作用的频域数值模型，基于模态展开法实现结构运动与流体作用的解耦。其中，柔性漂浮式光伏结构的水弹性运动响应利用经典欧拉-伯努利梁振动方程模拟，流体域利用二维Rankine源及关于海底的镜像作为格林函数建立边界积分方程，采用高阶边界元方法求解。通过对比验证，建立的耦合模型具有较好的精度。利用该模型计算分析了不同波高和结构抗弯刚度时的结构运动响应，发现非线性波浪力引起的结构运动响应不可忽略。还研究了波浪周期和结构抗弯刚度对结构弹性变形的影响规律，波浪周期越大，结构的弹性变形由低阶模态占主导，结构运动幅值分布越平缓。结构抗弯刚度越小，结构的弹性变形包含越多高阶模态成分，结构运动幅值分布波动越大。

关键词：非线性波浪高阶边界元方法弹性板模态展开法抗弯刚度漂浮式光伏结构

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复合运动容器中液体晃荡的时域模拟

复合运动容器中液体晃荡的时域模拟

作者：宋伟华大连理工大学

学位级别：硕士

液体晃荡是一种普遍存在的物理现象。当外界激励接近容器固有频率时,液体晃荡便会趋于剧烈,出现共振现象。此外,容器大幅运动也会引起内部液体的剧烈运动,从而产生极大的抨击力,对结构造成危害。因此,针对液体晃荡特性的研究是一项非常... 详细信息

液体晃荡是一种普遍存在的物理现象。当外界激励接近容器固有频率时,液体晃荡便会趋于剧烈,出现共振现象。此外,容器大幅运动也会引起内部液体的剧烈运动,从而产生极大的抨击力,对结构造成危害。因此,针对液体晃荡特性的研究是一项非常有意义的工作。本文基于理想流体的势流理论,应用高阶边界元方法建立容器中液体晃荡的完全非线性时域数值模型。模型满足Laplace控制方程,自由表面满足完全非线性的自由水面边界条件。在时域计算过程中,我们采用半混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体的瞬时水面。同时,利用四阶Runge-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,并在每一时刻重新进行网格划分。为了减少计算量,提高计算速度,本文将镜像格林函数应用到整个流体域。对于二维问题,可以消除底面上的积分;对于三维问题,则可消除四个侧面和水槽底面上的积分。本文主要针对四种情况下容器中的液体晃荡展开了模拟研究,包括具有初始波面的自由晃荡,纵荡和升沉复合运动,纵荡、升沉和纵摇复合运动,纵荡、横荡和升沉复合运动。通过与已发表数值结果和实验数据在波面和水动力两个方面的对比可知,本文数值模型可以准确模拟不同复合运动情况下的液体晃荡现象。在此基础上,针对各种因素对液体晃荡的影响进行了详细的研究分析,包括运动频率、运动强度、转动中心等。研究发现,液体自由晃荡时,奇数阶固有频率比偶数阶固有频率更容易被激发出来;液体受迫晃荡时,外界运动频率是奇数阶固有频率能引发液体的共振,而偶数阶固有频率却不能。同时,容器的运动强度和转动中心对液体晃荡有着直接的影响作用。除此之外,本文还考虑在容器中安装不同数量和尺寸的水平隔板或垂直隔板,研究隔板参数对液体晃荡的影响,为工程设计提供一定的参考。

关键词：液体晃荡高阶边界元方法时域模拟复合运动隔板

基于HOBEM的内置式惯性波能装置水动力特性研究

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基于HOBEM的内置式惯性波能装置水动力特性研究

作者：朱智伟哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着地球资源的日益消耗,能源问题日益加重,人类对新能源的需求日渐提高,波浪能作为一种绿色清洁的新能源受到全世界各国的广泛关注。波浪能装置是一种获取波浪能量的常用装置,其中能量转换效率是衡量装置好坏的重要参数,因此怎样提高... 详细信息

随着地球资源的日益消耗,能源问题日益加重,人类对新能源的需求日渐提高,波浪能作为一种绿色清洁的新能源受到全世界各国的广泛关注。波浪能装置是一种获取波浪能量的常用装置,其中能量转换效率是衡量装置好坏的重要参数,因此怎样提高能量转换效率成为当下波浪能装置的研究热点。振荡浮子式波浪能装置是一种高效的波浪能俘获装置,其主要工作状态是在波浪力影响下做振荡运动,因此对装置进行水动力分析是求解能量转换效率的重要一环。边界元作为计算水动力的一种重要方法,主要通过建立积分方程,从而求解出波浪能装置在流场中的水动力参数。而边界元方法在离散过程常使用等参元的方法,在对曲面的离散网格划分中,经常出现离散单元不连续的问题。除此之外,波浪能装置在极端海况下,由于内部质量块与外部浮子之间相对运动过大,会产生损坏装置的问题,因此研究出一套非线性阻尼系统来保护波浪能装置也成为了目前改进波浪能装置的一个重要研究方向。本文针对上面的问题,利用高阶边界元方法来对物面进行拟合,通过非均匀有理B样条曲线(NURBS)方法,选取三阶B样条插值函数对建立的波浪能装置模型进行网格划分,结果表明,划分后的网格拟合效果更加贴合物面。其次,研究了内置式惯性波浪能装置的浮子和内部质量块之间的耦合水动力性能,建立了浮子与内部质量块的耦合运动方程和能量转换模型,建立了在极端海况下非线性阻尼系统的耦合运动方程并利用数值方法进行求解。最后,在高阶边界元方法下,对内置式惯性波浪能装置进行水动力计算,通过优化参数来提高装置水动力性能,并在此基础上仿真计算出非线性阻尼下的运动位移曲线,实验结果表明非线性阻尼系统能够有效的减小内部质量块在极端海况下的位移,从而起到了保护波浪能装置,延长装置使用寿命的功能。

关键词：高阶边界元方法内置式非线性阻尼水动力

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聚焦波与水流及结构物作用的数值模拟

聚焦波与水流及结构物作用的数值模拟

作者：卓晓玲大连理工大学

学位级别：硕士

在复杂的海洋环境中,海船和海洋工程结构有可能要承受实际海况下强非线性波浪的作用。聚焦波浪(也称极值波浪、畸形波和巨波)作为一种强非线性波浪,具有波高极大,能量很集中,破坏力极强的特点。本文采用一个基于时域高阶边界元方法的... 详细信息

在复杂的海洋环境中,海船和海洋工程结构有可能要承受实际海况下强非线性波浪的作用。聚焦波浪(也称极值波浪、畸形波和巨波)作为一种强非线性波浪,具有波高极大,能量很集中,破坏力极强的特点。本文采用一个基于时域高阶边界元方法的二维完全非线性数值水槽模型对聚焦波浪、水流与结构物相互作用问题进行了数值模拟研究工作。基于势流理论,采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶Runge-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势。考虑推板式造波机做正弦运动使得不同频率的波分量叠加在特定的时间和位置从而形成聚焦波。本文首先通过在完全非线性自由水面条件中引入水流项来开展各种工况下聚焦波流场的数值模拟研究,并与数值结果和实验结果进行对比,检验所建立的数学模型及所使用的数值方法的准确性。并进一步研究了水流对聚焦波的影响规律,包括对聚焦波浪峰值的影响,聚焦位置和聚焦时间的影响等等。其他重要的参数例如：流向、流速、波幅以及频率带宽也进行讨论。通过快速傅立叶变换(FFT)给出了波浪聚焦和解焦过程中能量谱的演变,得出水流对聚焦波浪特性影响规律的内在原因,特别研究了强反向水流对高频波分量的阻塞作用。接着对聚焦波浪与海洋工程结构物的相互作用问题进行了数值模拟,研究了不同波浪幅值、频率宽度、结构物位置等条件下聚焦波浪对直墙上的压力分布以及波浪爬高的影响规律;研究了固定箱体不同吃水深度、宽度以及摆放位置时的波浪形态以及作用力效果。最后对聚焦波和水流混合与潜体的相互作用进行了数值模拟,研究了流向和流速对波浪传播特性以及作用在潜体上极值荷载的影响规律。这些工作将有助于对复杂海洋环境的深入了解,为工程结构安全性建设提供参考。

关键词：聚焦波波流作用高阶边界元方法完全非线性海洋工程

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双色波与水流相互作用的模拟研究

双色波与水流相互作用的模拟研究

第十一届全国水动力学学术会议暨第二十四届全国水动力学研讨会并周培源诞辰110周年纪念大会

作者：宁德志石进张晓滕斌赵海涛大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室国家海洋局第二海洋研究所

针对双色波浪与均匀流相互作用问题,采用时域高阶边界元方法建立自由水面满足完全非线性边界条件的数学模型。求解中采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶龙格库塔方法更新下一时间步的波面和速度势。通过与已发表结果对... 详细信息

针对双色波浪与均匀流相互作用问题,采用时域高阶边界元方法建立自由水面满足完全非线性边界条件的数学模型。求解中采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶龙格库塔方法更新下一时间步的波面和速度势。通过与已发表结果对比,验证了本模型的准确性。同时通过大量数值计算研究了水流参数对各组成波及衍生的高阶波幅值、波浪和水流间能量交换的影响规律。

关键词：双色波均匀流高阶边界元方法时域模拟谱方法

来源： cnki会议评论

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风、浪、流作用下的海洋平台时域分析

风、浪、流作用下的海洋平台时域分析

第十六届中国海洋（岸）工程学术讨论会

作者：杨敏冬金瑞佳滕斌中国能源建设集团广东省电力设计研究院中国海洋大学大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室

深海石油平台的研究是一项大的系统工程。平台的环境荷载计算是海洋平台研究的一个重要组成部分,历来受到工程上的重视。除了波浪荷载之外,风荷载和水流荷载也是影响海洋平台动力响应的重要环境因素,风荷载是平台上部分结构承受的主要荷... 详细信息

深海石油平台的研究是一项大的系统工程。平台的环境荷载计算是海洋平台研究的一个重要组成部分,历来受到工程上的重视。除了波浪荷载之外,风荷载和水流荷载也是影响海洋平台动力响应的重要环境因素,风荷载是平台上部分结构承受的主要荷载,对于下部结构水流荷载的影响也不应忽略。本文以三维Laplace方程为基本控制方程建立了二阶时域波浪与结构物相互作用模型,采用三维弹性杆理论建立了系泊缆索的控制方程,通过脉动风谱对风进行模拟,水流荷载按照Morison方程中的速度力公式来计算,将他们作为独立的荷载进行叠加,计算了海洋平台在风、浪、流联合作用下的运动响应。计算结果表明,同采用定常风和均匀流的计算相比,运动响应更大,采用本文方法得到的结果偏于安全。

关键词：高阶边界元方法风荷载运动响应 Jip Spar平台

来源： cnki会议评论

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漂浮压载状态下自升式平台的运动响应分析

中国海洋平台 2023年第3期38卷 55-62页

作者：王蕾滕斌大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024

针对传统一阶理论在自升式平台漂浮压载工况下水动力计算精度不足的问题,以某自升式海上石油钻井平台为研究对象,建立平台水动力分析模型,在浅吃水状态下考虑波浪对平台的二阶作用,运用高阶边界元方法对平台的一阶和二阶水动力问题进行... 详细信息

针对传统一阶理论在自升式平台漂浮压载工况下水动力计算精度不足的问题,以某自升式海上石油钻井平台为研究对象,建立平台水动力分析模型,在浅吃水状态下考虑波浪对平台的二阶作用,运用高阶边界元方法对平台的一阶和二阶水动力问题进行求解。通过数值模拟,给出多种波浪频率入射条件下平台的波浪力和运动响应数值计算结果。结果表明:在漂浮压载状态下,二阶波浪力在水平方向上对波浪力幅值影响较大;从运动响应角度看,无论是水平方向还是竖直方向,二阶波浪作用都不可忽视。

关键词：自升式平台漂浮压载高阶边界元方法波浪力运动响应

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