自由面对潜艇水动力影响的估算

自由面对潜艇水动力的影响包括入射波和潜艇兴波。在波高远小于波长情况下,将入射波问题和兴波问题分别考虑,然后线性叠加给出自由面对潜艇水动力影响。将随机海浪看作是若干个余弦平面进行波的叠加,其频率和波高由Ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒ谱来决定。在入射波问题中,忽略了辐射波和绕射波的影响,并仅考虑不随时间变化的稳态力,它是航速、航深、海浪频率和浪向的函数。在兴波问题中,根据细长体理论采用源汇分布法计算其水动力。     

台阶式地形上双垂板透空系统的水动力学特性

基于开源计算流体动力学软件OpenFOAM中的工具箱waves2Foam,通过在双垂板透空系统下方布置不同尺寸的台阶式地形（潜堤）,对规则波-双垂板-地形耦合系统的水动力学特性进行数值分析. 在不同入射波况作用下,研究双垂板的间距和台阶式地形的尺寸对结构系统前/后的反/透射系数、波能的黏性耗散率及双垂板间的液面相对振动幅值等水动力参数的影响. 此外,探究波浪非线性对相关水动力参数的影响. 结果表明：合理布置台阶式地形尺寸,如令地形的长度与波长的比值约为1.0,能够有效减小双垂板系统的波能反射和透射,并可获得适中的黏性耗散率;地形的存在会加剧双垂板间的液面振动幅度,有效提升两板间的波能捕获能力;波高的增大会造成反射和透射系数的减小,增大黏性耗散率,降低板间液面振动幅值.     

摇板式造波机所造二维规则波波形的频域二阶解

本文给出摇板式造波机所造二维规则波波形在频域中的二阶摄动解.结果表明二阶波包括三部分,第一部分是定常波,第二部分是波数为一阶波数二倍的进行波,第三部分是二阶波数对应的进行波.前两部分与一阶波一起组成了二阶Stokes波,后一部分体现了摇板对流场的二阶响应,其传播速度比Stokes波慢.由于两部分二阶进行波的波速不同,在水池中距摇板不同距离处测得的波形是不同的.实际造波试验证实了上述结论.     

斜入射地震波作用下地下管线的地震反应分析

基于ABAQUS软件平台进行了地下管线-土体动力相互作用的有限元建模与分析。模型中采用粘弹性人工边界来模拟无限域介质对计算区域的影响,利用等效荷载波动输入方法来实现斜入射地震波作用下人工边界上的波动输入,采用主从接触面单元来模拟管线-土体之间的动力相互作用。在此基础上对地下管线进行了计算分析,并研究了斜入射角度、地震波峰值、管径、埋深和接触面摩擦系数等多方面因素对地下管线地震反应的影响。     

不同浪向下LNGC旁靠FLNG作业时水动力干扰分析

液化天然气运输船(LNGC)旁靠浮式液化天然气生产系统(FLNG)卸载作业时,两船体之间会产生明显的相互水动力干扰。由于单点系泊的风标效应,目前大多数研究针对迎浪条件下水动力分析.在实际环境中,斜浪对两船运动的影响不可忽视.为此,利用理论分析和模型试验相结合,基于三维势流理论和在两船间自由液面添加人工阻尼的方法,对迎浪和斜浪条件下间隙水体的共振现象和两船的一阶水动力性能进行研究.并采用中场法计算两船的二阶水动力参数,揭示浪向对FLNG和LNGC平均漂移力的影响.结果表明:浪向的变化在一定角度范围内不影响自由面阻尼的取值,但是对间隙水体的共振模态和幅值有影响.浪向的改变影响两船间的遮蔽效应,使得FLNG对LNGC在斜浪下的运动响应产生显著的抑制作用.同时,不同浪向下两船平均漂移力的主要成分也发生变化.     

3-D simulations of freak waves based on high-order spectral method

Three-dimensional ( 3-D) directional wave focusing is one of the mechanisms that contribute to the generation of freak waves. To simulate and analyze this phenomenon,a 3-D wave focusing model is proposed based on the enhanced high-order spectral method,which solves the fully nonlinear potential flow equations with a free surface within periodic unbounded 3-D domains. The numerical model is validated against a fifth-order Stokes solution for regular waves. Laboratory-scale freak waves are observed with wave components having equal amplitudes. Investigations of the appearance and propagation of freak-wave events in a 3-D open wavefield defined by a directional wave spectrum are then realized.     

基于瑞利波法对混凝土表面裂缝检测的数值研究

基于瑞利波及衍射纵波的传播时间差法,利用有限元法分析了瑞利波在含不同长度及角度裂纹的混凝土介质中的传播规律,提出了混凝土介质中表面裂缝长度和角度的计算公式,并验证了数值模拟结果的准确性。研究结果表明：在传播过程中,瑞利波一部分沿着介质表面（含裂纹表面）传播,另一部分在裂缝尖端发生模式转换,形成衍射横波和衍射纵波,弹性波传播到介质边界时被粘弹性人工边界全部吸收,消除了反射波的影响;表面裂缝长度和角度的计算结果误差基本在5%以下,只有个别数据误差较大,在一定范围内,随着裂缝长度和角度值的增大,计算结果的准确度越高。     

SH波入射时非等腰三角形结构与基础相互作用

利用复变函数和坐标移动方法研究了SH波入射时非等腰三角形结构与基础的相互作用.建立数学模型,并将模型分割为两部分,其一为非等腰三角形和半圆形组成的区域Ⅰ,其余为区域Ⅱ;在区域Ⅰ内构造一个满足非等腰三角形两边应力自由的驻波解,在区域Ⅱ内构造满足水平边界应力自由的散射波;利用"契合"思想,通过移动坐标在区域Ⅰ、Ⅱ的公共边界实现位移和应力的连续,建立求解该问题的无穷代数方程组;数值分析结果表明:入射波的物理参数对非等腰三角形结构表面位移的影响显著.结构对SH波在弹性空间传播的影响突出.较"软"的结构相对较"硬"的结构吸收"能量"较多,反射"能量"水平差,使表面位移大小及出现地点不同.     

Electromagnetic scattering response from a uniaxial chiral cylinder by using cylindrical vector wave functions

ｉｔｈｒｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｓｉｎｐｏｌｙｍｅｒｓｙｎｔｈｅｓｉｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ,ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｓｂｅｉｎｇｐａｉｄｔｏｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｗａｖｅｓｗｉｔｈｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ.Ｉｔｈａｓｂｅｃｏｍｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｉｅｌｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｔｈｏｓｅｍ…     

水线积分项对运动浮体波浪绕射力的影响

基于常值分布源的时域边界元方法讨论海洋浮式结构物运动时的波浪绕射问题,研究比较了３种水线数值模型对于波浪的力影响。     

透水柔性平面防浪堤对波浪的绕射

在透水柔性防浪堤与波浪相互作用的数学模型与级数解的基础上,讨论了透水柔性平面防浪堤对波浪的绕射,研究了波浪的反射和投射的变化规律,这在理论上和实用上具有十分重要的意义．     

基于蛙跳格式的弱非线性水波数值模型

为了较好地模拟非线性波浪传播变形,采用Beji和Nadaoka(1996)的弱非线性Boussinesq水波方程,在非交错网格下建立数值模型.数值计算中,模型中时间导数项采用蛙跳格式,空间一次导数项采用采用5点4阶精度格式,其他导数项采用2阶精度格式.利用模型计算了潜堤、椭圆型浅滩和凹型浅滩三个地形上的波浪传播变形,再现了波浪传播中的变浅、折射、绕射以及反射等现象.潜堤算例比较了测量点处的波面时间历程,椭圆型浅滩算例比较了均方波高值,凹型浅滩算例比较了沿中心线的各次谐波值,模拟结果与相应的实验值的比较可见吻合程度较好.这说明蛙跳格式可以用于数值求解弱非线性的Boussinesq水波方程,其数值模拟效果合理,可用于波浪场的实际模拟.     

SH波入射时浅埋结构的动力分析

建立了求解浅埋圆形孔洞对稳态SH波散射以及浅埋结构动力分析的解析方法。利用SH波散射的对称性和多极坐标的方法,构造出了一个可以预先满足水平地面上应力自由边界条件的圆形孔洞对稳态SH波散射的波函数。利用这一波函数,可将该问题转化成对一个圆形孔洞散射的求解问题。该问题的解答,最终又可归结为对一组无穷代数方程组的求解问题,并可利用截断有限项的方法对其进行计算。最后给出了当稳态SH波入射时有关浅埋圆形孔洞附近的动应力集中问题的算例和数值结果,并讨论了波数与浅埋圆形孔洞孔心至自由边界距离变化对动应力集中的影响。     

饱和土中流体对压缩波传播特性影响

为了进一步分析流体性质对饱和土中压缩波传播的影响,基于Biot两相介质波动理论,推导了压缩波平面波动解,并得到了孔隙流体自由流动和流体无渗流时的压缩波速度公式.通过数值算例分析了水饱和、准饱和及气饱和三种饱和情况下土中压缩波的传播及衰减特性.结果表明,在水饱和至准饱和土中,两种压缩波的速度和弥散性均随含气量的增加而降低,衰减则随含气量的增加而增加.气饱和土中,P1波速度比水饱和时显著降低且基本无弥散和衰减;P2波速度比水饱和时有很大提高,同时弥散和衰减加强,且特征频率向高频漂移.完全水饱和时P1波主要在流体中传播,含气量超过一定值(1%)时主要受土骨架中控制,P2波则刚好与此相反.     

板的透水性对表面波波形的影响

本文应用Chwang提出的线性透水造波机理论,求得了有限水深、半无限长渠道中,其一端的铅直不透水板和该板附近的铅直透水板作活塞式运动的几种组合情况所产生的自由表面波的波形,并对当无量纲的波的影响参数C一定时,无量纲孔隙影响参数G对波形的影响进行了研究。我们发现,当两板间距为表面行进波半波长的倍数时,将出现波的陷井现象或波形的不变性现象,并对可能出现的共振现象进行了讨论。通过实验对所提理论进行了初步验证。     

折射波法探测断层的实例分析

折射波法探测断层的实际工作中,不仅能观察到上、下盘的正常折射波及棱上绕射波,而且还可以看到因绕射、透过所产生的一些次生异常波（折绕射波、绕折射波）,这些波在记录上出现,并构成一幅复杂的波形记录图。如何在野外探测中区分识别这些波形在折射波原始记录图上的特征,成为本文的研究重点;另外,在地震勘探中,有效波和干扰波的利用并无严格的界定,在资料解释过程中可以利用多种波的信息。     

地震作用下金沙江某跨江桥梁岩质岸坡动力响应分析

由于地震波的随机性及地质构造的复杂性,导致岩质边坡的地震响应特征变得十分复杂.以金沙江地区某跨江桥梁岩质岸坡为例,采用有限元方法研究了地震波在岩质边坡内的传播特征,分析了不同类型结构面对边坡动力响应特征的影响;采用振动台模型试验验证了数值计算结果,探究了边坡的动力变形演化规律及其破坏机制.研究结果表明:软弱结构面对岩质...     

二阶波浪力下6 MW单柱浮式风力机动态响应分析

为了实现在中等深度海域浮式风力发电机的规模应用,解决能源短缺问题,针对设计出的新型6MW海上单柱浮式风力机的生存能力进行探讨,利用Sesam软件获取二阶波浪力计算时所需的wamit文件,利用气-液-固-弹性数值软件FAST对该浮式风力发电机进行时域耦合运动响应仿真模拟.分别就不同浪向下平台各自由度的运动响应、二阶平均波浪力和二阶慢漂波浪力对平台各自由度运动响应的影!响、二阶平均波浪力和二阶慢漂波浪力对锚链张力和机舱的影响进行了研究.结果表明:首摇运动随浪向角增大而增大,而波浪入射角对其他各自由度运动影响较小;二阶慢漂力对垂荡运动影响显著,且易激发较大的纵摇运动响应,并诱发较大的锚链张力;采用delta-line的系泊系统能够避免产生过大的首摇响应,且系泊系统的最大张力远在破断张力以下,整个风力机系统在恶劣海况下具有良好的生存能力.     

张力腿浮式风机筋腱失效模式下瞬态响应分析

针对风力机-张力腿型支撑平台-筋腱耦合系统,对全耦合动力学仿真软件FAST的系泊载荷计算模块进行二次开发,采用时域分析方法对张力腿浮式风机（FOWT）WindStar TLP system筋腱失效模式下的瞬态响应进行数值仿真分析. 重点研究50 a一遇海况中不同浪向下的浮式风力机支撑平台运动、机舱加速度和筋腱张力等关键参数的瞬态响应. 结果表明：在该工况下支撑平台运动、机舱加速度、筋腱张力的瞬态响应较显著;失效筋腱位于背浪侧时的浮式风力机瞬态响应大于失效筋腱位于迎浪侧时的浮式风力机瞬态响应,当位于背浪侧的失效筋腱与波浪共线时,浮式风力机瞬态响应最大;在极端海况中筋腱失效模式下的筋腱系统安全系数符合美国船级社规范要求,表明该张力腿型浮式风力机具备较好的自存性.     

各向异性特异材料界面的反常折射与反射性质

根据电磁场边界条件和色散关系,理论研究了电磁波从各向同性右手材料向各向异性特异材料入射时的反常折射与反射性质,结果表明,从各向同性右手材料向never cutoff型特异材料入射时,透射波的波矢和坡印廷矢量的反射角具有相反的符号,折射角的幅度随着入射角的增大而增大并趋于一定值;研究了磁导率张量参数对折射角的影响,对于anti-cutoff型特异材料界面,当入射角小于临界角θc时可以发生反常的全反射,而对于always cutoff型特异材料界面总会发生全向全反射。这些电磁性质将在部分聚焦与全向反射镜方面具有潜在的应用价值。