大尺度物体在层化海洋中的波浪绕射和散射理论（Ⅲ）边界元方法

本文利用格林公式，给出了在层化海洋中用格林函数表出的波浪绕射与散射波场中的扰动压力振幅的积分解表达式，并采用Fourier变换方法求得格林函数的解析解，导出了相应的边界积分方程，从而成功地将边界元方法应用于层化海洋中的波浪绕射和散射问题的研究中来。     

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。     

浅海底座的波浪扰动力

在中国船舶科学研究中心的波浪水池中完成了浅海底座波浪扰动力模型试验。 最近Chakrabarti发表论文介绍了一个浅海底座波浪扰动力的模型试验,在他的实验中由于测试技术的需要必须在浅海底座模型与波浪水池池底间保留一个间隙,其后果是由于间隙的存在导致波浪垂向扰动力大幅度下降。为此Chakrabarti提出了有间隙底座(OPen-bottom)波浪扰动力的计算方法。 为了解决这个测试技术上的问题,在我们的模型试验中采用了泡沫塑料软垫(重150g,厚3mm)封闭了底座间隙。我们认为:此试验状态更切合实际。此外,本文还给出了三维势流理论对无间隙底座的计算结果,并与模型试验实测结果进行了比较,其结果表明:理论计算结果与模型试验结果十分一致。     

三维数值波动水横波浪变形计算的0—1混合型边界元方法

为了改善常数元方法和线性元方法在求解三皮场波浪变形问题的计算精度，考察上述两种单元剖分方式下，波势函数及波势函数当向导数对单元节点设定的适应性。本文构造了一种０－１混合型边界元。计算表明：这种０－１混合型边界元的剖分方式，在控制和减缓波浪“横向振动”幅度及水面单元水质点波动速度的计算方面，显示出了其独到了优越和灵活之处，为时域内的波浪非线性变形计算提供了时步上的数值保证。     

斜向波与长棱柱型浮式结构物相互作用的边界元模拟

采用第二类变形Bessel函数对斜向线性入射波与任意截面形状的长棱柱型浮式海洋结构物的相互作用问题进行了边界元法模拟,给出了常数元和线性元的奇异积分处理方法以及开边界的处理方式。对矩形和圆形结构物的水动力系数和波浪力进行了计算,并与解析解及有限元计算结果进行了比较。结果表明,本文方法能得到满意的结果,且未出现不规则频率现象。     

波浪对三维浮体的二阶作用

本文通过求解二阶势的方法对波浪与任意形状三维物体的相互作用问题做了研究，波浪运动的二阶势应用高阶边界元方法进行计算，为了高阶边界元法的应用，本文给出了一个无速度势二阶空间导数，无奇异积分的新的积分方程。     

圆柱墩群上波浪力计算

根据平面波与圆柱群相互作用理论，计算了柱群由4个同径柱分别分布在正方形和矩形角点上，4个异径柱分布在矩形角点上和9个同径柱等间距分布的柱列等4种情况的柱上波浪力。     

潜体在两层海内波中的波浪力计算

本文以近似潜艇的细长回转体为模型,在两层海模式中三种不同潜深下,利用边界元法计算了内波对潜体的一阶垂荡波浪力和一阶纵摇波浪力矩,作为特例计算了近水面潜体的波浪力及力矩,并与实验结果进行了比较,两者吻合较好。     

多向聚焦波浪作用下直立圆柱受力的实验研究

利用波能聚焦的方法在水池中模拟产生多向聚焦波浪,研究了多向极限大波作用在垂直圆柱上引起的波浪力的特点。实验中研究了不同的波浪参数,如聚焦波幅、谱峰频率、频率宽度和方向分布等多向聚焦波浪对圆柱作用的影响,并将实验结果与二维实验结果进行了比较。结果表明聚焦波浪参数对圆柱作用力具有明显的影响,并且实验结果与二维规则波结果相当,但比二维聚焦波浪实验结果要小。     

三维数值波动水槽波浪变形计算的0—1混合型边界元方法

为了改善常数元方法和线性元方法在求解三维波场波浪变形问题时的计算精度,考察上述两种单元剖分方式下,波势函数及波势函数法向导数对单元节点设定的适应性,本文构造了一种0—1混合型边界元。计算表明:这种0—1混合型边界元的剖分方式,在控制和减缓波浪“横向振动”幅度及水面单元水质点波动速度的计算方面,显示出了其独到的优越和灵活之处,为时域内的波浪非线性变形计算提供了时步上的数值保证     

渗流问题的边界元方法比较

由于边界元法只在边界上划分单元,因而可降低一维进行计算,且适合解决无限域问题,在渗流研究中具有独特的优点.为此,简要介绍边界元三种计算方法,并采用不同的方法对相同的算例进行计算比较.结果显示,采用边界点方法处理渗流问题,具有计算程序简单.且计算精度较高的优点.易被工程人员掌握和推广.     

船体砰击问题的非线性边界元分析

本文运用边界元法分析外飘和Ｕ型船体载面的砰击问题，在分析过程中自由液面采用完全非线性边界条件以及计算自由液面的大变形，而边界单元则采用线性单元假设。数值计算表明，针对二维楔形体常速入水的结果与已有的结果吻合得很好，具有外飘和Ｕ型特性的船体截面在入水砰击过程中其压力分布及其演变具有完全不同的特性。     

基于边界元法的渗流自由面计算

自由面位置的确定是无压渗流计算的一个关键环节.求解这类问题的方法有固定网格法和移动网格法,但目前大部分都用固定网格法来解决自由面的位置问题,本文采用边界元通过移动网格法来求解自由面的位置问题,而在迭代过程中对溢出点采用二次插值的方法来确定.该方法思路清晰,易于编写程序,计算结果也比较精确,完全能够达到工程建设所要求的精度.     

随机边界元法及其在水工结构可靠度分析中的应用研究

对于一些计算精度要求比较高、计算量比较小、结构比较复杂的施工结构,通常会使用边界元法进行计算,基于此,本文对随机边界元法及其在水工结构可靠度的分析运用进行了研究。     

弹性力学的边界元法中体积力积分的一种处理方法

阐述弹性力学的边界元法中体积力积分转换为边界积分的处理方法     

边界约束对弯曲-伸展元三轴波速试验的影响

利用弯曲-伸展元开展干砂小应变剪切波试验和除气水压缩波试验,研究了三轴试样的不同约束边界对弯曲-伸展元量测剪切波速和压缩波速的影响,并对波速试验结果进行分析。研究结果表明:以干砂为试验对象的剪切波速试验结果介于砂土中剪切波速与边界材料的剪切波速之间,受到约束边界的材质、长度和壁厚的显著影响;而以除气水为试验对象的压缩波速试验结果受样品约束边界的影响较小。在不同约束材质下,剪切波在干砂中的传播速度与约束材料的刚度有关,材料的刚度越小对干砂剪切波速测试结果影响越小。弯曲-伸展元激发频率的相关性与边界约束无关,只与测试材料有关。研究成果有助于获取准确的弯曲-伸展元波速试验结果。     

二维粘性流动的边界元方法

本文叙述了粘性流动边界元方法，并研究了动力润滑，涡旋发生以及生物力学等问题。该方法基于用Ｓｔｏｌｅｓ方程的基本解作为格林函数，将Ｎ－Ｓ方程归结为求解区域边界上的积分方程，使用边界单元，数值求解积分方程，给出了应力分布、压力分布及速度场。数值结果与理论结果和实验结果十分符合，方法具有很高的精度，比起目前的差分法和有限元法，在某些问题上更有效，也更灵活。