斜拉桥单塔结构在波浪作用下的数值模拟与试验研究

为了更准确的得到斜拉桥单塔结构的群桩承台基础上的波浪力,采用CFD方法,依据Stokes二阶波理论在FLUENT中运用边界造波法进行造波,数值模拟波浪作用下斜拉桥单塔结构的桩和承台上的一些点的动水压力,将这些动水压力与试验测得的动水压力进行对比,验证了CFD方法在模拟群桩承台结构波浪力方面的有效性。用有限元软件ANSYS建立斜拉桥单塔结构有限元模型,分别对结构的加速度、位移、应力结果进行分析。将数值模拟的加速度与试验加速度对比分析,验证了将点的动压转化为波浪集中力及施加到有限元模型上的方法是合理的。对位移和应力分析可知,斜拉桥单塔结构在波浪作用下是安全稳定的,与试验观测到的现象相一致。     

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。     

植物护岸对波压力的影响试验研究

在堤外滩地上合理地种植适生植物能够起到保护岸滩、消减波浪的作用,是一种有效的生物护岸形式。该研究采用规则波和不规则波模拟河道中的波浪,通过不同滩地水深、不同波高和不同种树带宽度的组合试验,系统分析了防浪林宽度、滩地水深、浪高、波长等因素对刚性树干和带有柔性枝叶的模型树模拟堤外滩地防浪林消浪的影响,以及波高、最大波压力、波浪爬高及堤前底部波浪流速的分布规律; 该文重点研究植物护岸对最大波压力的影响。试验表明:在滩地上种植防浪树可以大大消减波浪能量,降低波浪对大堤的冲击力,从而起到保护堤岸的作用。     

高桩承台基础波流荷载数值模拟

为研究高桩承台基础在波流作用下的荷载时程特点和压力分布规律，开展某跨海大桥桩-承台复合基础的数值模拟研究。根据Stokes二阶波理论进行数值水池造波，采用雷诺平均应力方程（RANS）求解流体运动方程，计算得出3种淹没系数（0～1）下高桩承台基础的各部分水动力时程及其表面压力分布；应用流体体积函数（VOF）追踪液面形态模拟波浪形态时程。研究结果表明：（1）淹没系数较大时，承台水平力较大且主要来自波流联合作用，尾流区绕射波浪会产生负向水平力和负向浮托力，承台迎波面及顶面后方存在压力波动极值区；（2）随着淹没系数的降低，承台水平力减小，水平力主要以波浪拍击力为主，竖向浮托力、单桩水平力随之增加，尾流区绕射效应降低，承台压力极值波动区缩小直至消失；（3）桩基正向水平力最大值出现在边列最后排桩；负向水平力最大值出现在中列最后排桩。研究所得总力时程和压力分布规律可为优化结构设计提供参考。     

波浪群性作用下系泊船运动响应和统计特征值分析

码头前系泊船的运动响应与缆绳张力对于码头的运营安全至关重要。波群对系泊浮体波浪载荷特性不同于普通的随机波浪,具有一定的特殊性。该文对两种模拟波群方法进行了讨论,分析了两种模拟波群方法的特点以及群性与波浪统计特征值之间的关系。在此基础上开展了群性波浪作用下系泊船的运动响应研究,得出了谱峰因子?、群高参数GFH和群长参数GLF与波浪特征波高的变化规律。     

波浪形态及方向分布对港域波浪传播的影响

航道开挖会对波浪的传播产生显著影响,使港内波浪及泊稳条件发生变化。依托物理模型试验结果,验证了MIKE21中BW数值模型的合理性,证实二者结果吻合良好,随后利用该模型对比分析了在规则波、单向不规则波以及多向不规则波作用下,港域波浪扰动系数的分布规律及区别。结果表明：小角度入射波浪下,单向不规则波与规则波在航道迎浪面边坡发生的波能聚集现象明显强于多向不规则波;多向不规则波的方向分布对波浪在航道中的传播产生影响,波浪方向分布范围越窄,航道的折射效应及能量汇聚过程也越明显,航道边坡上的扰动系数也越大。因此在实际工程的航道设计中,应该考虑到不同形态波浪及多向波方向分布在航道传播过程中的差异,尤其在某些涌浪作用较强、波浪能量分布较为集中的港域,以单向不规则波甚至是规则波作为入射波浪将更加合理安全。     

波浪布拉格共振研究进展

为给河口海岸防护工程设计和地形演变预测提供科学依据,研究了波浪从外海向近岸传播过程中在一定地形条件下产生的布拉格共振现象。介绍了波浪布拉格共振的定义、特征和研究意义,评述了现场观测、理论研究、水槽试验、数值模拟等4种研究方法的优缺点,总结了波浪布拉格共振类型、低阶共振反射系数公式和高阶共振数值模拟的研究成果,提出了波浪布拉格共振主频下移、不规则波布拉格共振特性、波流相互作用下布拉格共振机理等3个亟待深入研究的课题。     

某跨海大桥桥头刚架桥段波浪浮托力作用的试验研究

对波浪浮托力的研究,目前已有一些理论经验公式,也采用规则波和不规则波做过一些波浪断面模型试验,但是波浪浮托力影响因素非常复杂.该文针对具体的跨海大桥桥头刚架桥段,进行了波浪断面模型试验,以此来研究波浪浮托力对该跨海大桥桥头刚架桥段的作用.由于原方案桥段二底板的波浪浮托力不满足工程设计要求,因此对原方案进行了修改,试验结...     

不规则波发生器

<正> 波浪发生机是海洋工程、港口工程和船舶工程领域中进行试验研究的重要设备。为了模拟自然界的波浪要素,国内很多单位都在摸索和试制不规则生波机。本文将介绍法国水工技术工厂制造的可改变波向的不规则生波机和水槽中使用的不规则生波机。生波机的工作原理:波浪由绕轴摆动的推扳产生,推扳由一小惯量的直流变速马达驱动,通过电子设备对马达的控制,使波浪的振幅和周期能很精确地得到调整,以模拟连续变化的波浪模式,不需要停机就能在运转中改变波浪的要素。     

长峰不规则波数值模拟的相关问题

针对波浪数值水池研究现状,提出了长峰不规则波数值波浪水池研究亟待解决的3个问题:海浪谱的拓展、波能衰减机理讨论及长峰不规则波数值模拟精度评价标准.基于黏性数值波浪水池技术,以文氏海浪谱为目标谱,对深水长峰不规则波进行了数值模拟;分析了数值模拟中波能衰减的主要原因,并提出了基于优化网格生成和离散格式的减小衰减的方法;根据《水面船模耐波性试验规程》对数值模拟结果进行了误差计算,并提出了适用于不规则波数值模拟评价标准的建议.     

不规则波爬高分布及计算

本文根据室内模型试验,运用K-S法和矩法对几种常用的波浪爬高的理论分布进行了检验。建议采用韦伯分布为波浪爬高分布,并确定了不规则波在单坡、复坡上的爬高分布参数。最后,由试验资料得到不规则波爬高的计算式。     

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．     

聚焦波浪与直立圆柱作用的数值模拟

基于Fluent平台建立了可用于波浪传播模拟的数值计算水槽,利用不同波浪参数的线性规则波模拟分析了网格尺度L/Δx对产生波浪质量的影响,确定数值水槽的网格划分尺度,并验证了阻尼消波的有效性。在此基础上,用模拟频谱的方法对聚焦波浪的传播进行了数值模拟,通过数值模拟与物理试验不同位置处的聚焦波波面和聚焦点下水质点速度时间过程线对比,验证了模拟频谱方法数值计算的有效性。进一步对聚焦波浪与直立圆柱的作用进行了数值模拟,数值模拟聚焦波面过程、聚焦波浪水质点速度、圆柱周围波浪波动过程、圆柱上所受的波压力等,并与试验结果进行了对比,数值计算结果与试验结果吻合很好,验证了所建立的数值水槽的有效性。对聚焦波波面和压力特征值进行了误差分析,并分析了误差的产生原因,为进一步研究聚焦波浪与工程结构物的作用奠定基础。     

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。     

基于高阶谱方法求解波浪在不规则地形上传播的完全非线性数值模型

该文基于高阶谱方法,通过引入造波边界和水底边界条件,建立了能够模拟波浪在不规则地形上传播的完全非线性数值计算模型。对典型的二维波浪bragg反射和波浪在潜堤上传播进行了数值模拟,数值计算结果表明该模型能够很好地模拟波浪的产生、传播及与不规则地形的作用,验证了所建立的数值计算模型模拟波浪在不规则地形上传播的有效性。     

不规则海浪谱造波及波浪由深至浅传播的演化研究

该文通过试验方法研究了中山大学深浅水水池波浪传播过程,对规则波和不规则波在不同水深、周期条件下的波浪在深浅水传播变化特征进行了描述。结果表明:在不规则波作用下,随着波浪在浅水的继续推进,波浪的能量频域分布出现显著的2倍频谱峰值;无论是否波浪破碎,浅水区波谱的波浪的主频仍与入射波的频谱峰值保持一致,但谱形变宽,产生一些高频的波浪;涌浪传播到浅水区,能量在频域内重新分配,激发出基本频率的整数倍频。研究成果可以为工程实际以及波浪在深浅水地形传播的数模研究等提供试验数据和参考。     

入,反射波浪场中方向谱和反射系数的确定

本文采用数值模拟波浪和物模试验的方法，对采用多种仪器和改进的地期方法观测和分析入，反射波共存场中多向不规则波的方向谱和反射系数进行了验证。结果表明：浪高仪阵列可测得较好的结果；ＭＢＤＭ基本上能分辨波浪的方向分布，在波能的主要分布范围内，算得的反射系数与输入值也基本一致。     

作用于群桩上的波浪力

通过规则波及不规则波的水槽试验,测定了作用在单桩上、双桩横排、纵排以及4根桩方阵排列时各组成桩上的波浪力,分析了波浪作用下桩力水动力系数,纵向力及横向力间关系,得到了群桩中各组成桩的桩力群桩系数变化规律。     

波浪与透空式水平板相互作用数值模拟研究

基于计算流体动力学软件Flow3D,建立了模拟规则波与透空式水平板相互作用的三维数值波浪水槽。将数值模拟结果与实验资料进行了对比验证,结果表明,所建三维数值波浪模型能准确计算出作用在平板上的波浪浮托力,并能很好地模拟出波浪遇平板发生的波面流场变化及作用在平板底部压强分布变化。将模型应用于计算作用在海洋平台主船体底部波浪浮托力,所得结果可为工程设计提供参考依据。