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高阶波与波浪力计算分析

尤翔程  
【摘要】:当前,海洋结构物波浪荷载的计算大多限于线性波理论以及低阶的非线性波理论,有时是不能满足工程精度需要的。尤其是在北海的作业海洋平台,DNV规范建议对于上述海洋平台要考虑采用8阶非线性波计算其运动和波浪荷载。海洋工程注重的是极端海况,对于特定海域的结构物的设计必须考虑是否能够抵御极端海况作用,然而极端海况的波高与波长之比H/L值一般都大于0.1,非线性特征显著。利用高阶波理论可以计算得到结构物的高阶运动响应谱,则可以知道各阶频率对应的运动响应,对于研究船舶或海洋平台结构物在波浪中的各种运动响应以及避免共振等问题有简便之处。水波动力学理论研究及其在工程中的应用是现今极受重视的前沿研究领域之一。 L.W.Schwartz的关于定常二维非线性波算法的主要思想是为了利用已知速度势的解析解,将一个波长的自由表面同底部所限定的流域采用合适的保角变换函数变换为映射平面上一圆环,在求解保角变换函数的变换系数时采用摄动理论进行求解。 本文的研究工作旨在简化高阶波速度势函数的摄动解系数求解方法,在求解保角变换函数的变换系数的非线性方程组时,可以采用Mathematica数学软件或无约束优化方法编程进行求解,减短了计算机的求解时间。只要将实际水深与波长之比D/L值输入程序就可以方便求解出对应的变换系数,简化了非线性波的计算,同时对于波浪作用下流场的运动规律和结构物的运动响应进行了计算分析。 本文在L.W.Schwartz的关于定常二维非线性波算法基础上,提供了适用于有限水深、无限水深的高阶非线性波的简化算法。该方法可以方便的用于海洋结构物在波浪作用下的运动与荷载计算,具有工程上可以接受的精度。


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