非线性波浪绕射问题的数值计算

本文给出非线性波浪绕射问题的计算模型,并用时间步进和边界元法求解。该模型能适用于严重非线性情形,且能满足初始条件和辐射条件。作为对该模型的检验,我们对孤立波绕过穿刺水面的直立圆柱的算例进行了计算,并同Isaacson的解析解、李宝元的差分解进行了比较,结果吻合很好。此外我们还用数值方法同时模拟造波机造波和求该波与直立圆柱的相互作用。结果表明,数值波浪水池能够以尽可能短的暂态过程,模拟波浪与物体的相互作用,提供良好的初始条件。数值波浪水池还能用于任意水深、任意水底形状下的相互作用问题。本文的计算模型和算法具有机时省,计算稳定的优点。     

基于材料和几何非线性的张拉膜结构静力分析

张拉膜结构作为一种新型张拉结构体系 ,具有明显的材料和几何双重非线性.以某张拉膜结构模型试验为例 ,对模型试验进行非线性有限元分析 ,讨论了单元类型、网格划分、材料属性等对有限元分析结果的影响 ,研究了张拉膜结构在静力荷载作用下的力学响应特性 ,研究表明 :三种单元对模型试验的找形分析和荷载态分析精度比较接近 ,但是Shell 181则能较好的模拟材料非线性;对于低曲率膜面 ,几何非线性对于结构的影响要大于材料非线性的影响 ,可以按照材料的线弹性假定完成 ,对于高曲率膜面有待进一步研究 ;采用自由划分的网格精度可以满足低曲率膜面的精度要求 ,采用较密的网格化分不能有效提高结构的分析精度.     

新滩滑坡非线性动力学模型方法研究

 利用非线性动力学模型方法的动态特性，结合实测资料和数值计算，构建了滑坡时间预测问题的滑坡非线性灰色预测模型和非线性混沌预测模型， 通过反演和优化而得出滑坡预测问题的计算的结果。经实例验证，效果较好。     

孔道灌浆稳压不足非线性超声检测试验研究

预应力混凝土结构应用广泛，但施工过程常存在预应力钢筋锈蚀、孔道压浆压力不足等问题。为探索预应力混凝土结构灌浆微小缺陷检测更高效的方法，针对预应力混凝土结构，运用非线性超声检测法检测了因灌浆稳压期压力不足带来的微小缺陷，并将经典的线性超声波法作为对比试验，试验表明:线性超声参数波速与孔道中的微缺陷的相关性不大，非线性参数针对稳压时间不足所导致的预应力混凝土孔道灌浆微缺陷变化更敏感，非线性超声检测孔道灌浆稳压不足造成的缺陷效率更好，精确度更高。     

大跨度钢桁架极限承载力的双重非线性分析

通过考虑几何非线性及材料非线性,并对结构施加初始竖向几何位移缺陷,采用逐步加载的方法,对某体育馆的大跨度立体钢桁架进行极限承载力分析,得到了该桁架的极限承载力及荷载-位移全过程曲线。分析结果表明,进行弹塑性分析能得到接近实际的结构承载能力,可供设计人员参考。     

高阶非线性Boussinesq型方程及其数值验证

从Laplace方程和非线性的边界条件出发,通过将波动速度势函数表达为任意特定水深处的函数,推导了线性频散关系具有Airy波精确解的Padé[2,2]阶近似精度的高阶非线性的Boussinesq型方程。方程含有能量耗散项并完全满足水底边界条件。定性比较了高阶非线性方程和弱非线性方程的非线性特征。推导了二维四阶的滤波公式。建立了非线性波传播的数值模拟模型。结合两个具体算例,比较了数值模拟模型的强非线性版本和弱非线性版本的计算结果之间的差别,从而定量探讨了高阶非线性项对数值计算结果的影响。     

关于采用非线性抗剪强度分析堆石坝稳定性的商榷

本文根据土石坝在边坡稳定分析中,用线性、非线性强度指标,分别采用瑞典圆弧法、毕肖普简化法所得到的稳定安全系数,进行了比较分析,认为用非线性强度指标与线性强度指标所得到的稳定安全系数差异很大,因此非线性强度指标尚不能按现行规范直接用于设计中。本文肯定了非线性强度指标是基本反映了土的强度特性,该指标的应用与相应稳定安全系数的选取,尚待今后积累经验。     

非线性网络图解探讨

文中对非线性网络的图解方法进行了研究,得出了解的存在判据,着重于具体方法步骤及适用范围的探讨.     

Characteristics of wave amplitude and currents in South China Sea induced by a virtual extreme tsunami

This paper investigates the potential extreme tsunami hazards of the worst case scenario of the magnitude M_w=9.30 in South China Sea(SCS)as the Manila Trench is becoming one of the most hazardous tsunami source regions.Using nonlinear shallow water equations model,the time series of surface elevation,arrival time,spatial distributions of maximum wave amplitude and velocity distribution are presented.The characteristics of wave and currents are analyzed.The numerical results indicate that most of the energy of tsunami wave distributes in central and north part of SCS.The offshore regions around SCS will be influenced significantly by the tsunami currents generated by an earthquake in the Manila subduction zone.The maximum wave amplitude near Guangdong Province,Hainan Island,and Taiwan Island exceeds 4 m and velocities at the majority of measured locations near coast exceeds 2 m/s.Nested grid with high resolution is used to study the impacts of the tsunami on Hainan Island,Taiwan Island,and Lingding Bay.The regions with high hazard risk due to strong currents are identified.Finally,a fast tsunami warning method in SCS is developed and discussed,which can provide tsunami warning information in 5 min.     

Effect of stratification on current hydrodynamics over Louisiana shelf during Hurricane Katrina

Numerical experiments were conducted using the finite volume community ocean model (FVCOM) to study the impact of the initial density stratification on simulated currents over the Louisiana shelf during Hurricane Katrina. Model results for two simulation scenarios, including an initially stratified shelf and an initially non-stratified shelf, were examined. Comparison of two simulations for two-dimensional (2D) currents, the time series of current speed, and variations of cross-shore currents across different sections showed that the smallest differences between simulated currents for these two scenarios occurred over highly mixed regions within 1 radius of maximum wind (RMW) under the hurricane. For areas farther from the mixed zone, differences increased, reaching the maximum values off Terrebonne Bay. These large discrepancies correspond to significant differences between calculated vertical eddy viscosities for the two scenarios. The differences were addressed based on the contradictory behavior of turbulence in a stratified fluid, as compared to a non-stratified fluid. Incorporation of this behavior in the Mellor-Yamada turbulent closure model established a Richardson number-based stability function that was used for estimation of the vertical eddy viscosity from the turbulent energy and macroscale. The results of this study demonstrate the necessity for inclusion of shelf stratification when circulation modeling is conducted using three-dimensional (3D) baroclinic models. To achieve high-accuracy currents, the parameters associated with the turbulence closures should be calibrated with field measurements of currents at different depths.     

滨海地区潮汐对地下水位变化影响的统计学分析

本文采用互相关分析、谱分析、Mallat分解重构算法等理论与方法,利用实测的潮汐资料和观测井水位资料,并结合实测的电导数据,从统计学上分析计算了广东省珠海市唐家镇附近,滨海含水层地下水水位波动的原因以及波动的位相、周期、振幅对海潮潮汐的响应。结果表明,微承压水和基岩裂隙水水位波动的原因均是含水层承受的质量负荷随潮汐的变化而变化;微承压水水位波动相对海潮潮汐的位相延迟时间约为7.0h,基岩裂隙水约为1.5h;微承压水水位波动的周期组成成份比海潮潮汐略少,基岩裂隙水水位波动的周期组成成份与海潮潮汐基本相同;微承压水水位波动的振幅约为海潮潮汐的1/100左右,基岩裂隙水为1/3左右;本研究区域海潮潮汐对浅层基岩裂隙水水位波动的水平影响范围在1 000m之内。     

长江口南港水动力及悬沙的时空分布特征

通过2011年8月中旬一个大潮期间长江口南港某横断面上的5个定点水沙观测资料,分析了南港水动力及悬沙在潮周期及横断面上的分布特征。结果表明:在时间尺度上,南港潮位波动以半日分潮为主,日分潮较小;受径流及Stokes漂流的影响,涨潮流流速明显小于落潮流流速;含沙量随潮波动现象明显,波动频率是潮流的2倍;在空间尺度上,南港纵向流速最大值分布在南侧主槽,转流从北侧副槽率先开始;侧向流主要是由科氏力对纵向流的偏转作用形成;北侧副槽平均含沙量大于南侧主槽;半日潮流驱动下,平均含沙量在急流和憩流时刻将分别增大和降低;半日潮流和余流共同驱动下,在落急时刻和涨急时刻分别会增大和降低平均含沙量。     

江苏东台潮滩沙纹形态特征及其演变过程的数值模拟研究

主要研究了江苏东台潮滩下部沙纹形态特征及其主要影响因素。基于潮滩下部水深、流速、沙纹形态的观测及表层沉积物的粒度数据,分析了研究区沙纹形态特征及其与潮汐水动力条件、沉积物粒度间的关系。并建立了地貌动力学模型,模拟了不同沉积物粒度和不同水深变化条件下沙纹尺度(波长、波高)的变化和沙纹的演化过程。研究结果表明:潮滩表面主要形成尺度较小的不对称沙纹,其形态的主要影响因素是流速和沉积物粒度,在一定范围内,流速越大,沉积物颗粒越细,沙纹尺度越大。在一个潮周期内沙纹形态经历以下过程:平底→不对称性指示涨潮方向的沙纹→平底→不对称性指示落潮流方向的沙纹。     

长江口北槽潮波对地形变化的响应研究

以长江口北槽为研究背景,建立了二维潮流数学模型,在模型验证良好的基础上,研究了北槽潮波传播对工程与地形变化的响应。研究表明,长江口深水航道治理工程完成后,北槽地形未发生调整前,北槽潮波高、低潮位均升高,潮差减小,涨、落潮相位明显滞后,潮波变形加剧,涨落急流速均呈增大趋势;北槽水深增加后,高、低潮位随之降低,潮差增大,落潮相位略有提前,涨潮相位变化相对较小,潮波变形逐渐趋缓,涨急流速减弱,落急流速增强。     

高阶数值流形方法的速度公式

高阶数值流形方法可以显著提高结构计算精度,但目前在涉及大位移的动力分析中往往得到精度很差、甚至不正确的速度结果。基于平面三角形数学网格和一阶多项式覆盖函数,通过一个刚体杆件旋转算例探讨其中的原因,得出必须考虑构形坐标变化对速度的影响,并提出高阶流形法的3种速度处理方法及相应的高阶速度公式。该方法对一些在结点处增加广义自由度的类似方法(如广义有限元)的几何非线性问题分析也具有一定的参考价值。     

新型高阶Boussinesq水波方程

从经典的Boussinesq方程出发，引入两个参数并对方程中的部分项进行替换，通过严格的数学推导给出量级为O(εμ2)的高阶非线性项，得到一种新型的高阶Boussinesq方程。该方程的色散关系比经典Boussinesq方程提高了一阶，变浅作用性能也得到了改善，方程的适用范围由浅水达到中等水深。利用Crank-Nicloson格式的有限差分法对方程进行数值模型在一维方向上进行离散计算，建立了高阶Boussinesq方程的数值模型。为验证数值模型的正确性，将数值计算结果与Zou等(2001)的物模试验结果以及Beji与Nadaoka方程的数值结果进行对比，本文的数值结果与试验结果吻合程度较好，表明本文方程可适于模拟变水深下的波浪场数值模拟。     

长江口北槽潮波传播变化特征研究

长江口深水航道治理工程实施后,北槽河势发生了巨大变化,北槽河床形态、水深的变化必将影响长江口潮波传播。为研究长江口潮波传播的变化,利用非结构网格FVM方法建立了大通至外海的大范围数学模型,研究长江口深水航道治理工程各分期工程对潮波传播的影响。研究表明长江口深水航道治理一期工程因工程量相对较小,工程实施后,北槽潮波变化相对较小;二期工程后北槽潮波能量损失较大,高潮位略有抬升,低潮位大幅度抬升;三期工程后,潮波变化与二期工程基本一致。北槽导堤工程引起的潮波能量损失较小,丁坝工程致使潮波能量损失较大。     

一般密度分布的分层流体中内孤立波三阶理论

在浅水假定下,可以用KdV方程描述一阶内孤立波演化,其单个孤立波解有熟知的“Sech”波形,波速与波幅呈线性关系,波长与波幅的平方根成反比。本文借助计算机代数软件一MATHEMATICA,这种理论推广到三阶,得知高阶项满足线性化非齐次KdV方程,并得到波形和波速的三阶修正以及波长的二阶修正。在Boussinesq近似下讨论了有线性基本剪切流动与不变的Brunt-Vaeisalae频率这一特殊情形。