局部开孔沉箱结构在斜向波作用下的受力分析

本文研究了局部开孔沉箱结构与斜向入射波作用时的受力问题。整个流域被分成两个子域，在每个子区域内，应用分离变量法和特征函数展开法以求得相应的速度势，在速度势的特征展开中考虑了非传播模态波。数值计算结果与现有理论进行了对比，结果完全一致；理论计算与试验数据相比符合较好；讨论了横向隔板对沉箱整体受力的影响。最后根据理论计算结果给出了不同入射角度力比和不同单宽力比的简化计算方法，以便工程实际的应用。     

波浪对开孔直立结构作用力的试验研究

文中给出了最优开孔率为０．１８－０．２５的开孔直立墙与开孔直立墙后带有一道实体直立墙的两种不同结构，在规则波与不规则波作用下的波浪压力试验结果，与不开孔直立墙的波压力进行比较，得到波压力与结构形式，水深，波浪要素之间的无量纲关系曲线与回归关系式。试验结果表明，开孔直立结构具有波压力小，消能效果好的优点。     

波浪对开孔直立结构作用力的试验研究

文中给出了最优开孔率为０．１８—０．２５的开孔直立墙与开孔直立墙后带有一道实体直立墙的两种不同结构，在规则波与不规则波作用下的波浪压力试验结果。与不开孔直立墙的波压力进行比较，得到波压力与结构形式、水深、波浪要素之间的无量纲关系曲线与回归关系式。试验结果表明，开孔直立结构具有波压力小、消能效果好的优点。     

T型透空式防波堤消波性能的理论分析

基于线性波浪理论,对T型透空式防波堤的消波性能进行了理论分析。在考虑水平板和竖直板厚度的条件下,通过特征函数展开法,给出流域内速度势的一般表达式,由速度势和速度的连续条件确定表达式中的待定系数,从而得到T型透空式防波堤对波浪的反射系数和透射系数随波数的变化关系,并对影响T型透空式防波堤消波性能的因素如水平板的潜深和竖直板高度等进行了计算和分析。计算结果与现有相关理论结果吻合良好;水平板的潜深和竖直板的高度对淹没和出水T型透空式防波堤的消波性能有较大影响。     

造波板运动造波的实时模拟

基于势流理论和时域高阶边界元方法,建立了完全非线性数值波浪水槽模型,通过实时模拟造波板运动来产生波浪.采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶Runga-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,同时应用镜像格林函数消除了水槽两个侧面和底面上的积分,在水槽末端布置人工阻尼层消除反射波浪,通过加速势的方法准确计算速度势的时间导数.利用所建模型分别对规则波和不规则波进行了模拟研究,得到了稳定的波形,与试验结果、理论结果和已发表结果均吻合良好,同时计算了造波板做单一频率运动产生的非线性波浪力.     

水下爆炸兴波及其对结构物作用问题的数值模拟

基于势流理论,利用边界元方法,对水下爆炸兴波及其对结构物作用问题进行了数值研究。水下爆炸兴波是基于简单气泡模型的假定,运用满足自由水面条件的时域格林函数进行数值模拟。在时域内分析了水下爆炸兴起的水波对结构物的作用,并初步探讨了波浪力随炸药量、埋深及结构物与炸源水平距离的变化规律,有较好的参考价值。在规则波作用下波浪力的计算结果与频域方法吻合良好,验证了该文数值方法的有效性。     

时间域上势函数的计算及其应用

本文提供了—种浮体运动的时间域分析方法。由物体运动引起的流体运动的总的速度势分为脉冲势和自由表面速度势两部分;脉冲速度势采用类似于Hess-smith方法求解,自由表面速度势根据脉冲速度势和自由表面速度势之间的关系,利用傅立叶变换获得其初值,然后按时间展开,在每个时间步长上满足物面条件得到在所考虑的时间域上的自由表面速度势。作为算例,本文计算了球体的附加质量系数、迟滞函数,最后利用Cummins时间域上的运动方程求解了一个自由浮漂半球在得一位移脉冲之后的升沉运动。     

耦合算法在幕墙式消浪结构性能研究中的应用

作者针对近岸波浪与结构物相互作用问题提出了一种耦合数值方法，即用时均化的二维雷诺平均的Navier stokes方程-流体体积法模型表达内域流动，用一维Boussinesq方程表达外域流动，通过速度、压力和波面匹配边界条件实现两种数值模型的同步求解。耦合模型中的二维子模型能够较好地表达结构物附近流动的细部特征，包括漩涡结构；一维子模型的计算效率很高，可通过延长其计算域以达到有效地避免二次反射波的影响。所建立的耦合数值模型被证实可应用于幕墙式消浪结构防波性能的研究。     

斜向流作用下流浪的变形及破碎

当波浪自元流区斜向进入有流区后，不仅波要素发生变化，波浪传播方向也发生变化，即产生折射。作者根据线性波浪理论计算了波浪折射后的波要素变化情况。作者也曾通过实验分析和理论计算对正向流作用下波浪的变形及破碎问题进行过详细的研究。为了进一步研究波浪折射对变形及破碎的影响，本文计算和分析了斜向流作用下缓坡上规则波浪和不规则波浪的变形及破碎过程，取得了以下两方面的成果：１）正向流作用下波浪的破碎指标及研究方     

波浪作用下开孔直立结构的反射与透射性能

在波浪与开孔直立结构相互作用的模型试验中,给出了开孔直立墙与开孔直立墙后带有实体直立墙两种结构形式,在规则波与随机波作用下的反射系数、透射系数和墙前静水面以上的波面高度等参数。分析了这些参数与结构形式、水深、波浪要素之间的无量纲关系曲线与回归关系。试验结果表明,开孔直立结构具有低反射、低超高和消能好等优点。     

REFLECTION OF OBLIQUE INCIDENT WAVES BY PERFORATED CAISSONS WITH TRAVERSE WALL

The interaction of oblique incident waves with infinite number of perforated caissons is investigated. The fluid domain is divided into infinite sub-domains by the caissons, and eigen-function expansion is applied to expand velocity potentials in each domain. A phase relation is introduced for wave oscillation in each caisson, and the structure geometry is considered in constructing the models of reflection waves. The reflected waves with the present analysis include all of the waves traveling in different directions when incident wave period is short. Numerical examinations show that velocities at the inner and outer sides of the front walls of caissons are close to each other, and reflection coefficients satisfy the energy conservation relation very well when porous effect parameter is infinite. Numerical results show that the reflection coefficients of oblique incident waves are smaller for shorter caissons at low frequency, and decrease with the increase of wave incident angle.     

基于SWASH模型的近岸波浪传播变形数值模拟

SWASH模型是一种新型的非静压时域波浪模拟。为了探讨SWASH模型对于解决近岸波浪传播变形问题的适用性,在对其控制方程、边界条件、数值解法等进行介绍的基础上,采用该模型分别模拟了正向规则波、斜向规则波和斜向不规则波入射条件下L形防波堤附近水域的波浪场和波生流场,并与物理试验结果进行对比。结果表明,SWASH模型较好地复演了波浪在近岸区域所发生的浅水变形、折射、破碎,以及堤前反射、堤内绕射等物理现象,波高沿断面的定量分布与试验结果吻合良好,同时较好地模拟了不同波况下防波堤附近水域的波生流场,说明该模型适用于复杂岸线和地形条件下波浪传播变形的数值模拟。     

Experimental study on wave-current structure around a pneumatic breakwater

A model of a pneumatic breakwater comprised of perforated pipes placed on a wave flume bottom and connected to a piston-type air compressor is installed in a wave flume. Ascending air bubbles form an aerial barrier which dissipates wave energy and reduces the height of transmitted waves. The model is exposed to regular waves with fixed parameters, and its properties are modified by changing the amount of air supplied to the pipes. Particle Image Velocimetry and Acoustic Doppler Velocimetry methods are employed to measure a wave-current velocity field in the close vicinity of a submerged aerial barrier used as a breakwater. The measurements are supported by free-surface elevation registration in order to evaluate the effectiveness of the pneumatic breakwater in damping waves and to identify processes responsible for wave energy dissipation. Basing on the measurements, the performance of the pneumatic breakwater in different wave conditions is analysed. The results indicate that the dissipation of energy inside a region of a turbulent flow induced by ascending air bubbles may be considered the main mechanism of wave energy attenuation by pneumatic breakwaters.     

新型透空组合板式防波堤结构型式及消浪特性分析

为提高透空式防波堤的消浪性能并减小结构受力,在前人研究基础上提出了一种新型透空组合板式防波堤,比较分析了该型式的防波堤(模型c)与另外两种型式的防波堤(模型a和模型b)的结构特点。通过物理模型试验,探讨了模型c在不同影响因素下的消浪特性,并对比分析了模型a与模型c的透射系数、反射系数和能量耗散系数在不同相对堤宽下的变化关系,比较了两种模型的消浪效果。分析得出,由于模型c兼具开孔水平板式防波堤和开孔挡板式防波堤的作用,模型c的波浪反射小于模型a,消浪效果优于模型a,且模型c这种结构能有效减小防波堤结构受力;当模型宽度和相对间隙比同时较大时消浪效果更好,防波堤出水后的消浪性能要优于淹没状态下的防波堤。     

WAVE DIFFRACTION ON ARC-SHAPED BOTTOM-MOUNTED BREAKWATERS

1. INTRODUCTION Various types of breakwaters are common coastal structures to shelter harbors and s mall crafts fromthe direct attack of waves . Of these , the arc-shaped bottom-mounted breakwater is com- mon. This type of breakwaters , whose horizontal section is an arc shape ,is usually situated on the seabed and extended to above the water surface . Many researchers have performed a variety of studies on the wave diffraction performance of many kinds of breakwaters . Penney and Price …     

斜向随机波对直立堤作用的试验研究

通过斜向随机波对直立堤作用的试验，研究了作用在直立堤上的单位堤长波浪力随波浪入射角的变化．讨论了波浪力沿堤长的纵向分布，以及单元堤长对波浪力纵向折减的影响．给出了波浪力纵向分布系数和折减系数与相对堤长的关系式．     

An experimental study of impact loading on deck of shore-connecting jetties exposed to oblique waves and current

The impact pressure from waves is an important issue to be considered in the design of coastal structures. In this paper, the waves acting on the deck of a shore-connecting jetty on a slope exposed to oblique waves and in the presence of current are examined based on laboratory experiments. The impact pressures are measured on a 1：50 scale model of a jetty head with down-standing beams and berthing members. The relations of the impact pressure with the incident wave angle and the current velocity are examined. It is shown that the impact pressure is sensitive to the wave angle and the current velocity. A computational model for the impact load on the deck of shore-connecting jetties exposed to oblique waves and current is developed.     

Homotopy-based analytical approximation to nonlinear short-crested waves in a fluid of finite depth

A nonlinear short-crested wave system, consisting of two progressive waves propagating at an oblique angle to each other in a fluid of finite depth, is investigated by means of an analytical approach named the homotopy analysis method(HAM). Highly convergent series solutions are explicitly derived for the velocity potential and the surface wave elevation. We find that, at every value of water depth, there is little difference between the kinetic energy and the potential energy for nonlinear waves. The nonlinear short-crested waves with a larger angle of incidence always contain the more potential wave energy. With the aid of the HAM, we obtain the dispersion relation for nonlinear short-crested waves. Furthermore, it is shown that the wave elevation tends to be smoothened at the crest and be sharpened at the trough as the water depth increases, and the wave pressure crests and troughs become steeper with increasing incident wave steepness.     

海岸裂流的浮子示踪法实验测量

研究模型实验中采用浮子示踪法测量沙坝海岸裂流的方法,讨论了该方法的具体技术实现和测量结果的精度。实验中裂流由波浪在垂直岸线的直墙上的反射所形成的两列交叉的波浪生成。通过处理CCD图像的浮子轨迹得到了流场的详细速度分布,如旋涡分布等,显示了该方法优于流速仪定点测量的一些特点。与ADV流速仪测量结果的对比表明,由浮子轨迹得到的表层平均流速具有可靠的精度,特别是也可以应用于波浪破碎产生的裂流这样复杂流场的测量。     

高进水塔地震波斜波入射有限元分析

在水工结构抗震动力分析中,反应谱和时程分析都是基于地震波垂直入射来考虑地震荷载的影响,而实际地震波的传播方向往往是斜波入射。斜入射地震波会引起地面运动的非一致变化,从而对结构产生很大的影响。基于波动理论和黏弹性人工边界波动输入方法,采用有限元模拟地震波斜波入射,并比较在45°斜波入射情况下进水塔与基岩接触的上游建基面、塔背回填混凝土与塔身接触位置等关键部位的顺水流向和竖向加速度、位移、应力时程曲线,结果表明,采用黏弹性人工边界等效荷载方法可以实现地震波斜入射的输入,计算结果与理论分析结果一致。