在復雜的海洋環(huán)境中,海船和海洋工程結構有可能要承受實際海況下強非線性波浪的作用。聚焦波浪(也稱極值波浪、畸形波和巨波)作為一種強非線性波浪,具有波高極大,能量很集中,破壞力極強的特點。 本文采用一個基于時域高階邊界元方法的二維完全非線性數(shù)值水槽模型對聚焦波浪、水流與結構物相互作用問題進行了數(shù)值模擬研究工作�；趧萘骼碚�,采用混合歐拉-拉格朗日方法追蹤流體瞬時水面,運用四階Runge-Kutta方法更新下一時間步的波面和速度勢�？紤]推板式造波機做正弦運動使得不同頻率的波分量疊加在特定的時間和位置從而形成聚焦波。 本文首先通過在完全非線性自由水面條件中引入水流項來開展各種工況下聚焦波流場的數(shù)值模擬研究,并與數(shù)值結果和實驗結果進行對比,檢驗所建立的數(shù)學模型及所使用的數(shù)值方法的準確性。并進一步研究了水流對聚焦波的影響規(guī)律,包括對聚焦波浪峰值的影響,聚焦位置和聚焦時間的影響等等。其他重要的參數(shù)例如：流向、流速、波幅以及頻率帶寬也進行討論。通過快速傅立葉變換(FFT)給出了波浪聚焦和解焦過程中能量譜的演變,得出水流對聚焦波浪特性影響規(guī)律的內在原因,特別研究了強反向水流對高頻波分量的阻塞作用。接著對聚焦波浪與海洋工程結構物的相互作用問題進行了數(shù)值模擬,研究了不同波浪幅值、頻率寬度、結構物位置等條件下聚焦波浪對直墻上的壓力分布以及波浪爬高的影響規(guī)律；研究了固定箱體不同吃水深度、寬度以及擺放位置時的波浪形態(tài)以及作用力效果。最后對聚焦波和水流混合與潛體的相互作用進行了數(shù)值模擬,研究了流向和流速對波浪傳播特性以及作用在潛體上極值荷載的影響規(guī)律。這些工作將有助于對復雜海洋環(huán)境的深入了解,為工程結構安全性建設提供參考。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2013
【中圖分類】：P731.22
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究的背景與意義
    1.2 聚焦波與水流及結構物作用研究進展
    1.3 本文的研究工作
2 基本理論及數(shù)值模型
    2.1 控制方程、邊界條件和初始條件
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 邊界條件
        2.1.3 初始條件
    2.2 時域高階邊界元方法
        2.2.1 邊界積分方程的建立
        2.2.2 邊界積分方程的離散
        2.2.3 時間積分過程
        2.2.4 波浪荷載的計算
        2.2.5 網(wǎng)格重新劃分
    2.3 本章小結
3 水流對聚焦波特性影響的數(shù)值模擬研究
    3.1 模型驗證
        3.1.1 單色波與水流相互作用的數(shù)值模擬
        3.1.2 聚焦波在純浪情況下的數(shù)值模擬
        3.1.3 聚焦波與水流相互作用的數(shù)值模擬
    3.2 水流對聚焦波特性影響的數(shù)值分析
        3.2.1 聚焦波的傳播變形
        3.2.2 聚焦波峰值的影響
        3.2.3 聚焦時刻和聚焦位置的影響
        3.2.4 波峰聚焦與波谷聚焦
        3.2.5 波流間的能量交換
    3.3 本章小結
4 聚焦波浪與水流及結構物作用的數(shù)值模擬研究
    4.1 聚焦波與直墻作用的數(shù)值模擬研究
        4.1.1 單色波與直墻作用的模型驗證
        4.1.2 聚焦波與直墻作用的模型驗證
        4.1.3 聚焦波浪爬高及波面參數(shù)
        4.1.4 聚焦波對直墻作用力的分析比較
        4.1.5 直墻不同擺放位置的影響分析
    4.2 聚焦波與固定箱體作用的數(shù)值模擬研究
        4.2.1 箱體不同位置的影響
        4.2.2 箱體不同吃水深度的影響
        4.2.3 箱體不同寬度的影響
    4.3 聚焦波與水流混合與潛體相互作用的數(shù)值模擬研究
        4.3.1 雙色波與水流混合與潛體相互作用
        4.3.2 聚焦波與水流混合與潛體相互作用
    4.4 本章小結
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2856334