大直径薄壁圆筒直立堤变形机理分析

本文在对大直径薄壁圆筒直立堤变形特征详细调查的基础上,结合钻探、测量、水下检查及不利因素分析,对薄壁圆筒直立堤中部及拐角部位的变形特征和变形机制进行了研究,并结合变形机制确立了补救措施。研究表明:大直径薄壁圆筒的倾斜与筒内填料高度变化之间有着相互因果关系;中部圆筒变形是筒内填料原始缺失,抗倾能力低所致,回填筒内填料即可保障运行;拐角位置圆筒直立堤变形是因为该位置波浪作用大,抗冲刷能力低,导致堤前护坦石缺失、基床受损,圆筒产生变形后,顶部与圆筒结构相独立的胸墙在圆筒变形及重力的双重作用下产生了协调变形,修复堤前护坦石并柔性处理胸墙间接缝即可保障运行;该圆筒直立堤的变形均非破坏性的变形,在采取一定的补救措施后,即可抑制变形发展,保证圆筒直立堤正常运行。     

大直径薄壁圆筒直立堤变形机理分析

本文在对大直径薄壁圆筒直立堤变形特征详细调查的基础上,结合钻探、测量、水下检查及不利因素分析,对薄壁圆筒直立堤中部及拐角部位的变形特征和变形机制进行了研究,并结合变形机制确立了补救措施.研究表明:大直径薄壁圆筒的倾斜与筒内填料高度变化之间有着相互因果关系;中部圆筒变形是筒内填料原始缺失,抗倾能力低所致,回填筒内填料即可...     

波浪荷载作用下桩柱动力响应分析

参照大连理工大学海动研究室的实验条件和数据,基于 Workbench 平台,应用 FLUENT 流体模拟软件,通过 UDF 编写二阶 Stocks 波浪方程进行波浪模拟。建立三维数值水槽模拟原型实验,获得了作用在柱体上的正向力和横向力的变化曲线,与真实实验数据比对良好。通过监测获得波面处水质点运动曲线,发现水质点运动不是类正弦变化,而是有规律的“二次跳跃”变化;通过对柱体结构动力响应分析,得到了位移响应曲线,并给出了工程建议。     

随机波浪边界层的数值模拟与分析

该文基于雷诺平均的Navier-Stokes方程和k-ω两方程紊流模型建立了随机波浪边界层数学模型,模拟了粗糙底床上方的随机波浪边界层流速、床面剪切应力和紊动能量分布,计算结果与实测数据吻合良好。探讨了随机波浪边界层水动力特性,发现随机波浪时间序列中各个子波的紊动能量近似随该子波均方根自由振荡速度平方的增大而线性增大,但各个子波的紊动能量还受到上一个子波紊动能量传递的影响,体现了随机波浪与规则波浪的区别。整个随机波浪时间序列的有效摩阻系数和单个子波的摩阻系数均与前人实验数据和经验公式较为一致。     

波浪荷载作用下桥墩码头动力响应分析

采用数学理论推导了规则波浪荷载与随机波浪荷载的计算表达式,并应用仿真数值模拟对波浪荷载作用下桥墩码头结构的动力响应进行了分析,研究了波浪的波高、周期、入射角、水深四个波浪参数对桥墩码头动力响应的影响。通过施加两种不同形式的极限波浪荷载,确定了桥墩主应力的分布规律以及危险区域。计算结果表明:波高和水深对桥墩码头的影响较大,但是波高的变化对桥墩的影响更为显著;周期对桥墩的影响有一定的局限性;入射角对桥墩码头影响最小;桥墩的最大主应力没有超过混凝土的抗拉设计强度,并富有一定的安全储备,桥墩是安全的。     

波浪作用下半圆型防波堤及其地基动力响应的数值模拟

防波堤和地基在波浪作用下的动力响应分析需要考虑波浪-海床地基-防波堤的相互作用。该文在通用数值分析软件ABAQUS的动力显式分析框架中,利用其自带的光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟波浪与海床地基和结构的相互作用,通过二次开发,引入了求解饱和土动力固结方程的位移-孔压耦合单元,模拟海床地基中超静孔隙水压力生成、扩散和消散过程,使得ABAQUS可以进行波浪-地基-结构的动力相互作用求解。并以长江口深水航道治理二期工程为例,建立了半圆型防波堤及其地基在波浪作用下动力响应的数值分析模型。首先,通过对室内模型试验的模拟对比,验证了数值模型的可靠性;然后,通过不同工况下的数值模拟计算,分析半圆型防波堤及地基动力响应的特点和规律。数值分析表明：防波堤受到的最大水平力和垂直力不会同时出现,存在一定的相位差;防波堤受到的波压力随水深的升高而减小,随波高的增大而增大;地基土体的超静孔压随着波高的增大而增大,随水深的升高而减小;防波堤的沉降随波高的增加而增大,随水深的升高而减小。     

随机风 浪荷载作用下近海风机塔架动力响应分析

近海风机在随机波浪荷载作用下的动力反应是近海风机结构设计中的关键问题之一。用谐波叠加法研究了随机风、浪荷载时程的模拟方法,并探讨了考虑波浪波面高程变化时的波浪力计算方法。分两种荷载工况,采用动力有限元法计算了海上风机在随机波浪荷载作用下的动力反应,探讨了波面高程变化对于海上风机动力响应计算的影响。计算结果表明,当不计波面高程变化时,波浪力在波峰位置被低估,在波谷位置被高估,波面高程变化对风机塔架动力响应计算结果将产生影响,在实际工程中应予以适当考虑。     

随机波浪作用下底部层流边界层剪应力谱的研究

本文在随机波浪底部剪应力的研究中引入了波浪谱的概念。根据浅水波的特点，将波浪谱作为输入谱，通过传递函数确定作为输出谱的随机波浪作用下的底部剪应力谱。本研究中研制了一套底部剪应力测量仪。对于层流边界层得到了底部剪应力谱的理论解，并得到了实验的检验。     

一种大直径薄壁输水管道敷设的计算方法

大陆输水成为东南沿海诸岛屿供水主要途径,大直径薄壁跨海输水管道敷设成为主要技术难题。采用奇异摄动法,求含小参数微分方程的解析解,并给出了一种简洁的非线性方程组计算方法。以舟山市大陆引水二期工程为例,通过数值计算与现场陆上试验比对,验证了非线性方程计算方法的合理性。     

不规则波作用下墩柱周围局部冲刷研究

对相对柱径较大（0．15〈D／L〈0．5）的圆柱式结构物在不规则波作用下周围的局部冲刷情况，进行了多组试验研究，系统地研究了不规则波作用下圆柱周围地形的变化规律，试验中分别考虑了波浪的波高、周期、水深、泥沙粒径及圆柱直径等因素对圆柱周围局部冲刷地形的影响，分析了圆柱周围冲淤地形形成的机理，特别是对床面泥沙粒径因素进行了详细分析，认为波浪作用下圆柱周围冲刷深度与床面粒径并不成反比关系，而是在d50=0．18mm附近最小，在此基础上提出了不规则波作用下圆柱周围最大冲刷深度及其发生位置的计算公式。     

波浪任意入射角时堤后海岸冲淤问题的数值模拟

本文研究了一般情况下防波堤后岸线的演化，采用有限差分方法建立了岸线冲淤的数值模型。求得了数值解，特例与文献[1]的解析解进行了比较，结果一致。     

大直径圆筒筒内填料抗倾机理

根据试验结果及分析，圆筒内填料抗倾模式随筒径的增大而变化。筒径由小到大，筒内填料抗倾模式由重力式逐渐向过渡式、平面挡土墙式变化。大圆筒的抗倾能力，除应考虑筒内壁与填料间的摩擦力，还应计及作用在筒壁上填料侧压力所起的抗倾作用。     

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。     

Modeling of random wave transformation with strong wave-induced coastal currents

The propagation and transformation of multi-directional and uni-directional random waves over a coast with complicated bathymetric and geometric features are studied experimentally and numerically. Laboratory investigation indicates that wave energy convergence and divergence cause strong coastal currents to develop and inversely modify the wave fields. A coastal spectral wave model, based on the wave action balance equation with diffraction effect （WABED）, is used to simulate the transformation of random waves over the complicated bathymetry. The diffraction effect in the wave model is derived from a parabolic approximation of wave theory, and the mean energy dissipation rate per unit horizontal area due to wave breaking is parameterized by the bore-based formulation with a breaker index of 0.73. The numerically simulated wave field without considering coastal currents is different from that of experiments, whereas model results considering currents clearly reproduce the intensification of wave height in front of concave shorelines.     

正弦波作用下模型坝的有限元边坡稳定分析

采用有限元边坡稳定分析方法，计算了正弦波动力作用下模型坝坝体最危险滑裂面和相应的最小安全系数，得到最危险滑裂面和最小安全系数的时间过程。分析了静、动力作用下模型坝边坡最危险滑裂面与试验破坏面三者之间的关系。     

基于N-S方程的波浪与可渗防波堤相互作用的数值模拟

采用N-S方程作为波浪场和孔隙流域的控制方程,应用有限差分方法对控制方程进行离散求解,采用VOF方法跟踪自由表面,反复迭代求解得到整个流域的压力场和速度场,并分析堤后渗透波高随入射波高、入射波周期的变化规律。最后结合波浪水槽物理模型试验验证本文所建立的数学模型,验证结果表明,此文所建立的数学模型可较好的模拟波浪与可渗防波堤的相互作用。     

水平斜插板透空式防波堤消波性能数值模拟

通过改进已有的防波堤模型,建立了一种新型水平斜板透空式防波堤模型。基于VOF方法建立了波浪与水平斜板防波堤相互作用的数值模型。经数值模拟研究了该新型水平斜板防波堤结构对波浪透射系数的影响,主要考虑了斜板角度、波陡、相对板间距、相对板宽和相对出水高度等因素对防波堤消波效果的影响。模拟结果显示:①水平斜插板透空式防波堤比水平板透空式防波堤的消波效果好。在斜插板作用下,随着斜板角度增大,透射系数逐渐增大,但增幅逐渐减小;②随着波陡增大,透射系数先减后增;③随着水平板间距增加,透射系数增大;④随着防波堤相对板宽的增大,透射系数逐渐减小;⑤随着防波堤出水高度增加,透射系数先减后增。结果表明,该新型结构防波堤的消波效果显著,可以很好地消减波浪,应用前景良好。     

大型渡槽对多点地震输入的反应

本文对某大型渡槽在多点地震输入激振时的动力反应进行了详细研究。渡槽槽身采用薄壁梁段有限单元模型，考虑了渡槽槽身开口薄壁结构的横向弯扭耦合振动、约束扭转变形等结构自身特性；渡槽支架采用空间梁单元进行离散。文中给出了大型渡槽在多点地震输入激振时动力反应的计算公式，并对某10跨大型渡槽进行了具体数值计算。研究表明：考虑多点地震输入激振时，虽然该大型渡槽各输出点的横向位移最大值较同步地震输入激振时有所减少，但是各伸缩缝的横向相对折角最大值却普遍增大；该大型渡槽各输出点的竖向位移最大值和各伸缩缝的竖向相对折角最大值普遍减小。大型渡槽结构的抗震设计应考虑多点地震输入激振效应的影响。