波浪-结构相互作用
波浪作用下弹性系泊风机模型实验与数值模拟
波浪作用下弹性系泊风机模型实验与数值模拟潘小殷;龚也君;詹杰民;王南钦;蔡文豪【摘要】为研究Spar风机模型在规则波作用下的响应,基于3D打印等高精度技术,建立Spar型风机模型,并采用弹性缆张紧式系泊方式保证波浪荷载的准确测量,分析计算得到规则波作用下风机模型所受的波浪力.同时,基于Fluent软件系统,采用VOF方法对风机在规则波下的响应进行了数值模拟,数值模拟结果与实验吻合,风机模型所受到的波浪力幅值随着波高增大而增大.进一步通过分析风机模型自由面处的流态,观察波浪爬坡现象.本文建立的试验方法不仅为数值模拟提供了可靠的验证数据,同时为进一步的实际工程提供可靠的试验数据和方法.【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(044)001【总页数】9页(P260-268)【关键词】Spar平台;波浪载荷;规则波;流态【作者】潘小殷;龚也君;詹杰民;王南钦;蔡文豪【作者单位】中山大学工学院应用力学与工程系,广东广州 510275;中山大学工学院应用力学与工程系,广东广州 510275;中山大学工学院应用力学与工程系,广东广州 510275;中山大学工学院应用力学与工程系,广东广州 510275;中山大学工学院应用力学与工程系,广东广州 510275【正文语种】中文【中图分类】P7520 引言风力发电作为一种可再生清洁能源，已经得到国内外广泛研究与应用。
相对于传统的陆上风电，海上风电因其资源更丰富，风速高、风向稳定、不占用宝贵的土地资源等而更具优势。
由于海上固定式风电受近岸区域海岸线利用、噪音等环境影响以及经济成本和安全性的限制，海上浮式平台成为风电开发的重要发展方向。
分析海上浮式平台在环境载荷中的动力响应是设计与应用浮式平台的关键。
Nielsen和Hanson等[1]提出了一种对浮式平台的风载荷与浪流载荷耦合分析数值模拟方法，并应用该方法与其公司在挪威Marintek水池的一个Spar型5MW 风机进行的缩尺比为1/47模型试验作比较。
波浪作用下考虑桩土相互作用的桩柱响应
波浪作用下考虑桩土相互作用的桩柱响应张卫平;孙昭晨【摘要】以一离岸深水桩柱为例,依据JTJ 2132-1998《海港水文规范》的环境条件和环境荷载规范,对桩柱进行有限元离散.在海洋深水环境备件下考虑流固耦合效应,计算了在海洋极端规则波以及不规则波条件下桩柱的运动响应;为了进一步研究分析泥面以下土体对桩柱运动响应的影响,对比分析了在考虑桩土耦合相互作用下桩柱的响应与基岩面目结解下的响应；考虑到海洋地基为两相饱和土介质,对比了在不同简化阻抗处理下的运动响应结果.结果表明,桩土耦合相互作用对于波浪尤其是不规则波作用下的桩柱响应有很大影响,简化阻抗下的运动响应相比两相饱和地基阻抗处理论误差在10％左右,考虑桩土耦合效应对于工程设计具有指导意义和实用价值.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】5页(P55-59)【关键词】波浪作用;流固耦合;桩土相互作用【作者】张卫平;孙昭晨【作者单位】大连理工大学港口海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学港口海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TV139.2随着离岸深水码头以及海洋平台等工程的修建，土-结构动力相互作用的研究已日益受到关注。
在这些桩基设计中，土-桩-水流之间的相互作用是普遍性问题。
广大研究者和工程技术人员在实践中越来越注意到刚性基础假设下得出的结构静、动力特性和将桩-土作为一个相互作用系统计算出来的结果存在明显差别[1-6]。
本文考虑不同桩基础处理条件，对桩基-土-波浪体系的动力性能进行了对比分析研究。
海洋底部大部分为饱和沉积土层，而在实际研究过程中，通常做法是将土体简化为单相弹性或者单相黏弹性介质。
因此，在研究桩基-土-波浪体系动力相互作用时，考虑饱和土-结构的动力相互作用对结构进行动力分析研究具有重要的理论和实践意义。
本文就土-桩-波浪系统下结构反应的动力特性进行了研究分析。
波浪理论以及工程应用01
A1 A4
ch k z d ch kd
sin k x Ct
A1 A4 A 为波幅，由自由表面边界条件得出：
1 1 ch k z d cos k x Ct k C A z 0 g t g ch kd H cos k x Ct 2
H ch ks u cos x T sh kd
• 垂直速度分量：
H sh ks w sin z T sh kd
2.3 流场要素分析
• 水平加速度分量：
u 2 2 H ch ks sin 2 t T sh kd
t
• 垂直位移度分量：
H sh ks z z0 wdt cos 0 2 sh kd
t
2.3 流场要素分析
5) 压力分布：
ch ks 1 p gz gz gH cos t 2 ch kd
2.3 流场要素分析
那么，唯有
A2 A1
才可以实现
ch kd
sh kd
A1sh kd A1
ch kd
sh kd
ch kd 0
2.2 线性波理论
• 于是，Laplace 方程通解的形式可进一步简化为：
Z A1ch kz A1 A1
ch kd
2.3 流场要素分析
4) 水质点的运动参数
波浪作用下的流场速度势函数
gH ch ks sin 2 ch kd
其中
H ch ks
kT sh kd
波浪与防波堤相互作用研究_朱洋立
第07卷 第06期 中 国 水 运 Vol.7 No.06 2007年 06月 China Water Transport June 2007收稿日期：2007-4-10作者简介：朱洋立 男（1981—） 河海大学 港口、海岸及近海工程硕士研究生 （210024）彭 攀 女（1983—） 河海大学 港口、海岸及近海工程硕士研究生 （210024）研究方向：近海工程结构波浪与防波堤相互作用研究朱洋立 彭 攀摘 要：根据国内外学者的研究成果,综述了在海岸和近海工程中波浪-防波堤相互作用的一些研究情况和进展。
关键词：相互作用 波浪 防波堤 海床中图分类号：TV139.2 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2007）06-0104-03 一、引言防波堤是用于防御波浪、泥沙、冰凌入侵，使港口有足够水深和水面平稳的水工建筑物。
其结构型式主要是斜坡式和直立式。
对于由直墙和斜坡基床组成的所谓混合式堤，当直墙高度较小以抛石斜坡为主体时，作为是带胸墙的斜坡提；当直墙高度较大时，则作为是明基床上的直立堤，参照《防波堤设计与施工规范JTJ298－98》[1]，本文取消了“混合式”这个名词。
二、波浪与防波堤相互作用波浪力可由物理模型得出经验公式计算或理论分析得出近似结果。
理论分析方法主要有两类：一类用规则波讨论对结构的作用，它是基于具有一定重现期间隔的某种海况，选择一个特征波高和周期，将波浪作为规则波处理，从而按经典波浪理论计算波浪对结构的作用，在工程上常称为设计波近似法；另一类是随即波浪理论即谱分析方法，该理论越来越引起海洋工程荷载设计工作的广泛重视。
1．物理模型试验通过物理模型试验得到结构上的波浪荷载是最简捷易行的。
早期物理模型试验，Sarpkaya （1981）在其著作“Mechanics of Wave Forces on Offshore Structures”中作了系统介绍和分析。
近年来物理模型试验主要集中于破碎等复杂现象或新型结构物的研究方面，随着波浪理论和各种数学模型的发展，部分物理模型实验已可用数值模拟代替2．合田公式[2，3]Goda 公式是日本Yoshimi Goda 根据波压力的试验结果并对现场防波堤进行适用性验证，并进行了波向影响修正后的公式。
海洋工程水动力学
海洋工程水动力学海洋工程水动力学是研究海洋中水流运动及其对工程结构和海洋环境的影响的学科。
它结合了流体力学、海洋学和工程学的知识，旨在解决海洋工程中的水动力问题。
水动力学是研究流体运动的学科，而海洋工程水动力学则是将这一学科应用于海洋工程领域。
海洋工程水动力学的研究对象主要包括海洋中的波浪、潮流、海流、涡流等。
这些水动力学现象对海洋工程的设计、施工和运营都具有重要影响。
在海洋工程中，波浪是最常见的水动力学现象之一。
波浪对于海洋工程的设计和结构稳定性有着重要影响。
波浪的高度、周期和方向等参数需要被准确地测量和预测，以确保海洋工程的安全性和稳定性。
因此，海洋工程水动力学研究了波浪的生成机制、传播规律以及与工程结构的相互作用。
除了波浪，海洋中的潮汐和海流也是海洋工程水动力学研究的重点。
潮汐是由引力作用引起的海水周期性上升和下降的现象。
潮汐的变化对于港口、海岸线和海上结构的规划和设计都具有重要意义。
海流是指海洋中的水流运动，它的大小和方向对海洋工程的布局和建设都有影响。
海洋工程水动力学通过研究潮汐和海流的运动规律，提供了科学依据和技术支持，以确保海洋工程的安全性和可靠性。
海洋工程水动力学还研究了涡流、湍流等复杂的水动力现象。
涡流是在海洋中形成的旋涡状流动，它对海洋工程的结构稳定性和水力特性都有重要影响。
湍流是指流体中的无规则流动，它的存在使得海洋工程的设计和计算更加困难。
海洋工程水动力学通过研究涡流和湍流的运动规律，提供了准确的数据和模型，以支持海洋工程的设计和运营。
海洋工程水动力学是研究海洋中水流运动及其对工程结构和海洋环境的影响的学科。
它的研究对象包括波浪、潮汐、海流、涡流等水动力学现象。
海洋工程水动力学的研究成果为海洋工程的设计、施工和运营提供了科学依据和技术支持。
通过深入研究海洋工程水动力学，我们可以更好地理解海洋中的水流运动规律，为海洋工程的发展和利用提供更好的保障。
波浪与浮式结构物相互作用的研究共3篇
波浪与浮式结构物相互作用的研究共3篇波浪与浮式结构物相互作用的研究1近年来，随着海洋工程建设的不断发展，更多的浮式结构物被建造在海洋中，如海上风电场、浮式油气平台、浮式码头等。
然而，这些浮式结构物在海洋环境中面对着巨大的波浪力量和风力，如何保证其结构安全和平稳运行是当前海洋工程建设亟需解决的重要问题之一。
因此，研究波浪与浮式结构物之间的相互作用具有重要的理论和实践意义。
一、波浪的种类和形成海洋波浪是一种由风吹动海面而产生的机械波。
由于海洋波浪是一种非定常流动的现象，因此其波峰、波谷以及波浪速度等特征参数均随时间和空间变化而发生变化。
波浪可以分为长波、中波和短波三种类型，其中短波长度小于20米。
长波和中波的波长甚至达到几百或上千米，常常由于地球自转和季节差异的影响而变化。
海洋波浪的形成和传播过程受多种因素的影响，其中包括了风速、风向、海水深度、海洋地形等因素。
风速是水面波浪形成的主要外力因素，风速越大，则波浪能量越高，波峰越高，波浪周期越短。
此外，海水深度也会影响波速和波长，波速是波长和周期的倒数，因此海水越浅，波速越慢，波峰越高，波谷越深。
二、浮式结构物的类型和构造浮式结构物通常由浮筒和上部建筑物两部分组成，其中浮筒是支撑上部建筑物的主要结构，同时也起到了降低波浪力和风力的作用。
浮筒的浮力是由其体积和密度决定的，因此浮筒的体积越大，浮力越大，能够承受的波浪载荷也就越大。
根据浮筒的形状和用途不同，浮式结构物可以分为多种类型，如单浮筒式、多浮筒式、球形浮筒式、圆柱形浮筒式等。
浮式结构物的稳定性和抗风险能力是其建设的重点。
为了提高结构的稳定性和抗风性能，浮筒通常使用加重法使其与海床形成一定的刚性固定，这样可以防止结构在波浪作用下的过度晃动和倾斜。
在通常的情况下，增加浮筒的重量和使浮筒与海床的固定性越强，则结构的稳定性和抗风性能也就越高。
三、波浪与浮式结构物的相互作用由于海洋波浪具有高速、高力度和不规则等特点，与浮式结构物的相互作用往往会引起较为复杂的现象。
波浪载荷计算
第三章波浪与波浪载荷第一节概述一有关坐标系和特征参数1坐标系的建立2波浪要素波峰；波谷，波高，波长，周期，圆频率无量纲参数：波陡（Ｈ／Ｌ），相对波高（Ｈ／d），相对水深（d/Ｌ）——浅水度3 波浪要素的统计分布规律•平均波高•部分大波平均波高H1 常用的有H1和H110P 3•波列累积率F%的波高•波高与周期联合分布4 我国各海域大浪分布规律重力波：风浪和涌浪及近岸波（海浪）产生原因：风海啸地震海面震荡气压变化潮波重力、科式力三、波浪理论1规则波浪理论（对单一波浪的研究）线性波浪理论（微幅波、Airy波、正弦波）非线性波浪理论（有限振幅波）Ｓtokes波浪理论；孤立波浪理论；椭圆余弦波浪理论。
2随机波浪理论（对过程的研究）谱描述理论第二节线性波浪理论一、基本方程和边界条件假设：流体是理想均匀的，不可压缩的，无粘性的理想流体，其运动是无旋的。
从以上假设有：t0: RotV 0 x u : y v : z w u u x u u y u RotVu z V y i z xjxy k yzzxVu y y u z u x x z算子： x iy j zk速度势u 写成某个标量 函数的剃度，即ijk ：将矢量函数u xyz基本方程 (V )１）连续方程t２）动力学方程 dV dtF 1 P1 (u2 v 2 w 2) P Patgz 02其Ｌagrange 积分： tＰat 为大气压力。
2边界条件１）动力学边界条件t 1 (u 2v w ) g2 2（1） （2）2海底：wzz dx x y y海面： z z t（3）z从上述方程中可看出，部分条件是非线性的。
3边界条件的线性化 １）动力边界的线性化分成两步进行，首先将（1）式动能部分忽略，然后将其展开，得到：g t z 0 0（4）2）运动边界条件线性化z z 0 对（3）式进行线性化，得到：（5）t 将（4）（5）两式组合起来，得到： 2z 0g zt2二、二维行进波的速度势由于以上的方程组无法直接解出，故只能假设波面后求解。
海洋工程中的波浪力学与海洋工程结构设计
海洋工程中的波浪力学与海洋工程结构设计引言海洋工程是指在海洋中进行各种工程活动的学科领域，其中波浪力学是海洋工程中的重要一环。
波浪力学研究的是波浪的形成、传播和相互作用等现象，对于海洋工程结构的设计与运营具有重要意义。
本文将从波浪力学的基本原理出发，探讨其在海洋工程结构设计中的应用。
波浪力学的基本原理波浪是由于海水受到风力或其他作用力的影响而引起的涌动现象。
波浪力学研究的核心问题是描述波浪的传播和变形过程，其中包括波长、波速、波高、波浪的周期等参数的计算与分析。
根据波浪传播的特性，我们可以将波浪分为线性波浪和非线性波浪。
在海洋工程中，波浪力学的研究主要关注以下几个方面：1. 确定设计波浪。
设计波浪是指根据海洋工程的具体需求，确定适应该工程的波浪参数，如波高、波长和波速等。
这些参数的选择将直接影响到工程结构的稳定性和承载能力。
波浪力学的研究可以通过采集波浪数据和对观测数据进行分析，确定适当的设计波浪参数。
2. 分析波浪与结构相互作用。
在海洋工程中，结构与波浪之间的相互作用是一个复杂而关键的问题。
波浪的冲击力和结构的响应将直接影响到工程的安全性和稳定性。
因此，研究波浪与结构相互作用的力学过程，对于合理设计和优化海洋工程结构具有重要意义。
3. 研究波浪抑制和适应性设计。
某些特殊的海洋工程需要通过合理的设计来减小波浪对结构的影响，或者通过适应性设计来使结构能够适应波浪的作用。
这种适应性设计可能涉及到材料、结构形式以及波浪的传播路径等多个方面。
通过研究波浪力学，可以提供理论依据和技术支持，为波浪抑制和适应性设计提供有效的方案。
海洋工程结构设计中的波浪力学应用在海洋工程结构设计中，波浪力学的应用通常包括以下几个方面：1. 结构的防波设计。
一些海洋工程结构如港口防波堤、海洋平台等需要在设计过程中考虑波浪力学因素。
通过研究波浪的传播规律和结构的抗波能力，可以确定结构的尺寸、形状和材料等，以确保其在波浪环境下的稳定性和安全性。
波浪力计算公式
波浪力计算公式引言：波浪力是指波浪对于物体施加的力量，它是海洋工程中一个重要的参数。
通过对波浪力进行准确的计算，可以帮助我们设计和构建海洋结构物，预测其受力情况，从而确保结构的安全性和稳定性。
本文将介绍波浪力的计算公式及其应用。
一、波浪力的定义波浪力是波浪作用在物体上的力量，它的大小与波浪的高度、周期、波浪传播方向以及物体的形状和尺寸等因素有关。
波浪力的计算是海洋工程中的一个重要问题，也是一项挑战性的任务。
二、波浪力的计算公式波浪力的计算公式可以用以下公式表示：F = 0.5 * ρ * g * H^2 * L其中，F为波浪力，ρ为水的密度，g为重力加速度，H为波浪高度，L为波长。
三、波浪力的应用波浪力的计算在海洋工程中有着广泛的应用。
例如，在设计海洋平台、堤坝、海底管道等结构物时，需要考虑波浪对这些结构物施加的力量。
通过使用波浪力计算公式，可以预测结构物在不同波浪条件下的受力情况，从而指导工程设计和施工过程。
在海洋工程中，波浪力的计算还可以用于预测海洋结构物的疲劳寿命。
由于波浪力是结构物受力的主要因素之一，通过对波浪力进行准确的计算，可以评估结构物的疲劳损伤程度，为结构物的维护和修复提供依据。
波浪力的计算还可以应用于海洋能利用领域。
波浪能和潮汐能是海洋能资源中的两个重要组成部分。
通过准确计算波浪力，可以评估波浪能装置的性能和效益，为海洋能的开发和利用提供科学依据。
四、波浪力计算的挑战和改进尽管波浪力的计算公式已经相对成熟，但在实际应用中仍然存在一些挑战。
例如，波浪力的计算需要准确测量波浪的高度、周期和波长等参数，这对于海洋工程来说是一项技术难题。
另外，波浪力的计算还需要考虑波浪与结构物之间的相互作用，这也增加了计算的复杂性。
为了解决这些问题，研究人员正在不断改进波浪力的计算方法。
一方面，他们致力于改进波浪参数的测量技术，例如利用遥感技术和数值模拟方法来获取更准确的波浪参数。
另一方面，他们还在研究波浪与结构物之间的相互作用机理，以提高波浪力计算的准确性。
波浪力学第五章_大尺度结构物上的波浪力
Froude-Krylov假定：
F = CFK
C = F = FK + Fd
FK
FK
王 树
• C——绕射系数
青
第中 五章 大尺度结构物上的波浪力
5.1 线性绕射问题
国
海
洋 大
{ 5.1.2 绕射系数和质量系数
学
海
洋
工 程 系
对尺度较小（D/L<0.2)结构物，忽略绕射效应，
海 洋 工 程
C
5.1 线性绕射问题
国
海
洋 大
{ 5.1.1 线性绕射问题的基本方程和边界条件
学
海
洋
工 程 系
求解得到以复数形式表示的绕射波速度势；
将其与己知的入射波速度势线性迭加，可得到扰动后 波动场内任一点总速度势。
海
应用线性化的伯努利方程便可得到结构物表面上的波
洋
工 程
压强分布。
波
浪 力
若不计静压强pgz，则结构物表面上各点的波压强为:
浪
力
学
∑ =
ρgH 2
chkz chkd{[A0a
+
∞
2
m=0
(−1)m
([A2ma
cos2mθ
+
A(2m−1)b
cos(2m
−1)θ)]cosωt
∞
∑ +[A0b + 2 (−1)m([A2mb cos2mθ− A(2m−1)a cos(2m−1)θ)]sinωt} m=0
王 树 青
第中 五章 大尺度结构物上的波浪力
zc2adxo第五章大尺度结构物上的波浪力中国海洋52大直径直立圆柱上的波浪力521maccamy?fuchs公式大学海洋工?程系?海洋工程波浪力学王树青入射波速度势?ighchkzikx?ti2chkde柱坐标系速度势eikxeikrcoscoskrcosisinkrcosghchkzi?i2chkdmjmkrcoszme?itm0c2adxo第五章大尺度结构物上的波浪力中国海洋大学海洋工程系海洋工程波浪力学王树青52大直径直立圆柱上的波浪力521maccamy?fuchs公式?散射波速度势yrx?s1?s1?s?s02222r?rr??r?z222ghchkz?itzs?imbmhmkrcosme2chkdm0chmkrjmkriymkr2adxo第五章大尺度结构物上的波浪力中国海洋大学海洋工52大直径直立圆柱上的波浪力521maccamy?fuchs公式?总速度势程系海洋工程波浪力学王树青ghchkzchkdi?imjmkrcosme?it2m0?ighchkzs?it2chkdmbmhmkrcosmem0xyztixyztsxyzt?ighchkz2chkdmjmkrcosmm0mbmhmkrcosme?itm0第五章大尺度结构物上的波浪力中国海洋大学海洋工程系海洋工程波浪力学王树青52大直径直立圆柱上的波浪力521maccamy?fuchs公式?总速度势ghchkz?imjmkrcosm2chkdm0m0mbmhmkrcosme?it?确定系数bm柱面边界条件urra???i?s???0?rra??r?r?rakajmbm?kahmkrjmghchkz?it?imjmkr?hmkrcosmekr2chkdm0hm第五章大尺度结构物上的波浪力中国海洋大学海洋工程系海洋工程波浪力学王树青52大直径直立圆柱上的波浪力yrx521maccamy?fuchs公式?柱面压强?p??trakajmghchkz?itmjmka?hmkacosmeka2chkdm0hmghchkzma0a2?1a2macos2ma2m?1bcos2m?1cost2chkdm0a0b2?1a2mbcos2m?a2m?1acos2m?1sintmm0第五章大尺度结构物上的波浪力中国海洋52大直径直立圆柱上的波浪力521maccamy?fuchs公式大学海洋工?程系海洋工程波浪力学王树青任意高度z处顺波向的水平波力yrf2hy?0pasina
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波浪-结构相互作用
波浪-结构相互作用是指波浪对结构体的作用，以及结构体对
波浪的响应和影响。
波浪对结构的作用主要有两个方面：水动力载荷和波浪力。
水动力载荷是指波浪对结构体表面的水压力和涡流引起的动压力，这些载荷会引起结构体的振动和变形。
波浪力是在波浪作用下，波浪与结构体表面之间传递的作用力，这会引起结构体的摩擦和摆动。
结构体对波浪的响应和影响主要有两个方面：反射和透射。
当波浪作用到结构体上时，一部分波浪会反射回去，这会引起波浪的干扰和变形。
另一部分波浪会穿过结构体，这会引起波浪的衰减和传播方向的变化。
波浪-结构相互作用在海洋工程、船舶工程等领域中具有重要
的研究和应用价值。
研究波浪-结构相互作用可以帮助人们更
好地理解波浪和结构的相互关系，设计出更安全和稳定的海洋结构和船舶，提高其抗浪性能和航行性能。