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基于流函数理论的近海风机非线性波浪荷载计算 被引量:7
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作者 陈小波 李静 陈健云 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期22-28,共7页
近海风机多建于近海浅水区,波浪荷载非线性特性较为明显.基于流函数理论研究了高阶非线性波浪速度场和加速度场的特性.基于Morison方程和流函数理论计算了近海风机非线性波浪荷载,并研究了波浪自由面对近海风机非线性波浪荷载的影响,同... 近海风机多建于近海浅水区,波浪荷载非线性特性较为明显.基于流函数理论研究了高阶非线性波浪速度场和加速度场的特性.基于Morison方程和流函数理论计算了近海风机非线性波浪荷载,并研究了波浪自由面对近海风机非线性波浪荷载的影响,同时探讨了不同桩径时浅水区非线性波浪荷载的特性.为了验证计算结果的正确性和对比波浪的非线性特性,本文与线性波理论计算结果进行了对比,计算结果表明非线性荷载波浪峰值比线性波浪荷载峰值约大26.6%,波面变化影响将导致非线性波浪荷载计算结果产生14.7%的相对误差.在近海风机设计过程中,采用非线性波浪理论将得到更为准确的波浪荷载. 展开更多
关键词 离岸结构 非线性波浪荷载 流函数理论 线性波浪荷载 近海风机 Morison方程
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浅水区海底埋设管线上非线性波浪力 被引量:5
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作者 孙昭晨 邱大洪 《大连理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2000年第A01期95-98,共4页
在设计埋入海底的管线时 ,波浪引起的渗流力是必须考虑的主要环境因素之一 .基于一阶近似椭圆余弦波理论研究了浅水区非线性波浪对海底埋设管线的作用 ,求得了作用于管线上的渗流压力解析解 ,并同线性波浪理论结果进行了比较 .计算结果... 在设计埋入海底的管线时 ,波浪引起的渗流力是必须考虑的主要环境因素之一 .基于一阶近似椭圆余弦波理论研究了浅水区非线性波浪对海底埋设管线的作用 ,求得了作用于管线上的渗流压力解析解 ,并同线性波浪理论结果进行了比较 .计算结果表明 ,当 L/d较大时 ,非线性结果远较线性结果大 ;当 L/d <8时 ,两者相差不大 .此外 ,土参数 Cs的影响也很显著 ,当 Cs值在单位量级左右时 。 展开更多
关键词 非线性波浪力 管线 浅水波 渗流压力 海底 环境载荷
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孤立波作用下海底管道允许悬跨长度简化计算 被引量:6
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作者 付长静 李国英 赵天龙 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第4期83-88,共6页
分析海底管道稳定性时,需要重点考虑管道发生悬空的情况。由于我国油田大多建设在近海地区,因此在考虑管道悬空问题时需考虑浅水区波浪的特点。基于孤立波理论,考虑浅水区波浪的特点,给出浅水区管道悬空段所受的动水作用力。针对常见的... 分析海底管道稳定性时,需要重点考虑管道发生悬空的情况。由于我国油田大多建设在近海地区,因此在考虑管道悬空问题时需考虑浅水区波浪的特点。基于孤立波理论,考虑浅水区波浪的特点,给出浅水区管道悬空段所受的动水作用力。针对常见的悬空形式,从管道最大静弯曲应力不超过材料许用应力的角度出发,推导出浅水区管道允许悬空长度的计算式。最后结合渤海湾某油田海底管道工程,计算出该海区管道的允许悬跨长度,认为该海区有部分管道已超过计算的允许悬跨长度,应进行加固处理。 展开更多
关键词 非线性波浪原理 海底管道 波浪力 悬空长度
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SECOND-ORDER INTERACTION OF IRREGULAR WAVES WITH A TRUNCATED COLUMN 被引量:2
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作者 J.B.Huang R.EatockTaylor 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 1997年第2期130-142,共13页
A complete semi-analytical solution is obtained for second-order diffraction of plane bichromatic waves by a fixed truncated circular column.The fluid domain is divided into interior and exterior regions.In the exteri... A complete semi-analytical solution is obtained for second-order diffraction of plane bichromatic waves by a fixed truncated circular column.The fluid domain is divided into interior and exterior regions.In the exterior region,the second-order velocity potential is expressed in terms of‘locked-wave’and‘free-wave’ components,both are solved using Fourier and eigenfunction expansions.The re- sulting‘locked wave’potential is expressed by one-dimensional Green's integrals with oscillating integrands.In order to increase computational efficiency,the far-field part of the integrals are carried out analytically.Solutions in both regions are matched on the interface by the potential and its normal derivative continuity conditions.Based on the present approach,the sum-and difference-frequency potentials are efficiently evaluated and are used to generate the quadratic transfer functions which correlates the incident wave spectrum with second-order forcing spectrum on the column.The sum-frequency QTFs for a TLP column are present,which are compared for some frequency pairs with those from a fully numerical procedure.Satisfactory agreement has been obtained.QTF spectra for a case study TLP column,generated using the semi-analytical solution are presented.Also given are the results for nonlinear wave field around the column. 展开更多
关键词 marine hydrodynamics nonlinear wave force wave-structure interaction second-order wave diffraction
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Time Domain Rankine-Green Panel Method for Offshore Structures 被引量:1
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作者 LI Zhifu REN Huilong +1 位作者 LIU Riming LI Hui 《Journal of Ocean University of China》 SCIE CAS CSCD 2017年第1期65-73,共9页
To solve the numerical divergence problem of the direct time domain Green function method for the motion simulation of floating bodies with large flare, a time domain hybrid Rankine-Green boundary element method is pr... To solve the numerical divergence problem of the direct time domain Green function method for the motion simulation of floating bodies with large flare, a time domain hybrid Rankine-Green boundary element method is proposed. In this numerical method, the fluid domain is decomposed by an imaginary control surface, at which the continuous condition should be satisfied. Then the Rankine Green function is adopted in the inner domain. The transient free surface Green function is applied in the outer domain, which is used to find the relationship between the velocity potential and its normal derivative for the inner domain. Besides, the velocity potential at the mean free surface between body surface and control surface is directly solved by the integration scheme. The wave exciting force is computed through the convolution integration with wave elevation, by introducing the impulse response function. Additionally, the nonlinear Froude-Krylov force and hydrostatic force, which is computed under the instantaneous incident wave free surface, are taken into account by the direct pressure integration scheme. The corresponding numerical computer code is developed and first used to compute the hydrodynamic coefficients of the hemisphere, as well as the time history of a ship with large flare; good agreement is obtained with the analytical solutions as well as the available numerical results. Then the hydrodynamic properties of a FPSO are studied. The hydrodynamic coefficients agree well with the results computed by the frequency method; the influence of the time interval and the truncated time is investigated in detail. 展开更多
关键词 rankine-green method nonlinear wave force IMPULSE response FUNCTION SHIP MOTION
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非线性波浪绕射问题的数值计算
6
作者 杨驰 刘应中 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 1991年第2期10-16,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 非线性波浪绕射 非线性波浪力 边界元法
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自由液面效应对跨海桥梁桩基波浪力的影响 被引量:1
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作者 祝兵 杨志莹 +3 位作者 康啊真 李鑫 熊志鹏 张家玮 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2734-2741,共8页
目前应用Morison方程估算小尺度柱体波浪合力(矩)时大多仅沿静水深积分,而忽略波浪自由液面影响。为探讨波浪自由液面对小尺度柱体波浪合力(矩)的影响,基于Morison方程、修正的线性Airy波浪理论和非线性Stokes2波浪理论,推导考虑自由液... 目前应用Morison方程估算小尺度柱体波浪合力(矩)时大多仅沿静水深积分,而忽略波浪自由液面影响。为探讨波浪自由液面对小尺度柱体波浪合力(矩)的影响,基于Morison方程、修正的线性Airy波浪理论和非线性Stokes2波浪理论,推导考虑自由液面影响下柱体波浪合力(矩)的计算公式。运用该计算公式,分析不同波况下,波浪自由液面对柱体波浪合力(矩)峰值的影响,同时对比修正的线性Airy波和非线性stokes2波的数值计算结果。研究结果表明:与线性波相比,由于stokes2波浪理论造出的波形波峰尖而陡,波谷宽而缓,其波浪合力(矩)峰值较大且相位提前。随着波高H的增加,水深与波长相对比值d/L减小,波浪自由液面对小尺度柱体波浪力的影响越来越大。当d/L大于某一临界值时,波浪自由液面及波浪非线性对柱体波浪合力(矩)影响很小。特别地,当d/L=0.1,H=Hb时,考虑了波浪自由液面影响后,波浪非线性修正系数CFd+η,CMd+η达到最大,CFd+η≈7.4,CMd+η≈10.2,表明对于浅水大波高情况,此时务必要同时考虑波浪非线性及自由液面的影响。 展开更多
关键词 Morison方程 波浪自由液面 非线性波浪 波浪合力 波浪合力矩
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非线性波浪荷载作用下裸置管道波浪力计算 被引量:1
8
作者 李凯双 周东月 焦志斌 《石油工程建设》 2017年第1期18-21,共4页
为保证海底管道长期运行的稳定性,管道设计过程中需要充分考虑由非线性波浪荷载引起的波浪力。考虑海床土和孔隙水的压缩变形,基于非线性波浪理论,采用Biot固结方程,推导了非线性波浪荷载作用下裸置管道单位长度上的竖向作用力解析解,... 为保证海底管道长期运行的稳定性,管道设计过程中需要充分考虑由非线性波浪荷载引起的波浪力。考虑海床土和孔隙水的压缩变形,基于非线性波浪理论,采用Biot固结方程,推导了非线性波浪荷载作用下裸置管道单位长度上的竖向作用力解析解,并结合埕岛油田不同海区50年一遇的波浪条件,计算不同尺寸的管道在各海区的波浪力极值。计算结果表明,在波浪条件相同的情况下,由于不同区域海床土的性质不同,所得到的极限波浪力有差别,因此在研究中不能忽视孔隙水的压缩和土骨架的变形。并将计算结果与采用有限元法计算该油田不同海区管道所受波浪力的情况进行对比,显示两种计算方法得到的结果相近,趋势相同。此成果在冀东滩海海底管道稳定性分析中得到了初步应用,实践表明给出的解析公式有一定的工程应用价值。 展开更多
关键词 非线性波浪 裸置管道 解析解 波浪力
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非线性波浪作用下埋置管道上波浪力简化计算
9
作者 付长静 李国英 赵天龙 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2017年第3期99-104,共6页
由于浅水区波浪的非线性影响显著,浅埋管道受非线性波浪荷载的影响大,为了保证管道长期运行的稳定性,在管道设计过程中需要充分考虑由非线性波浪引起的波浪力。考虑孔隙水和海床土的压缩性,基于Biot固结理论和一阶近似椭圆余弦波理论,... 由于浅水区波浪的非线性影响显著,浅埋管道受非线性波浪荷载的影响大,为了保证管道长期运行的稳定性,在管道设计过程中需要充分考虑由非线性波浪引起的波浪力。考虑孔隙水和海床土的压缩性,基于Biot固结理论和一阶近似椭圆余弦波理论,利用分离变量法推导了非线性波浪作用下浅水区埋置管道周围海床的渗流压力,进而给出了埋置管道上的波浪力压力解析解,并与已有的文献结果进行比较。计算结果表明,在椭圆余弦波的作用下,海底管道周围海床内的渗流压力呈正弦分布,且管道所受的波浪力随着管径的增大而增大。 展开更多
关键词 非线性波浪原理 渗流压力 波浪力 埋置管道 孔隙水压力 可渗海床土
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超大型浮体结构考虑非线性项的波浪力响应计算
10
作者 张淑华 陆金虎 于文琪 《水道港口》 2013年第6期518-526,共9页
为求解超大型浮体结构波浪响应问题,将其简化成弹性梁板模型。以有限元软件为基础来建立超大型浮体结构的弹性梁板模型,在势流理论的基础上,将速度势分解为入射势、绕射势和辐射势三部分,并利用格林函数法推导出一阶、二阶波浪速度势的... 为求解超大型浮体结构波浪响应问题,将其简化成弹性梁板模型。以有限元软件为基础来建立超大型浮体结构的弹性梁板模型,在势流理论的基础上,将速度势分解为入射势、绕射势和辐射势三部分,并利用格林函数法推导出一阶、二阶波浪速度势的表达式。以此为理论基础,编制了相应的计算程序来计算浮体结构所受到的二阶波浪力,最后建立了梁板模型的水弹性响应方程,对非线性波浪力作用下的浮体结构的水弹性响应进行求解分析,并分析了波向对响应振幅的影响。 展开更多
关键词 超大型浮体 水弹性 非线性波浪力 二阶速度势
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A SECOND ORDER STATIONARY SOLUTION OF THE THREE DIMENSIONAL WAVE DIFFRACTION POTENTIAL 被引量:1
11
《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 1991年第1期1-11,共11页
A theory on the second order wave diffraction by a three dimensional body fixed in a regular sea has been developed in the present paper. By regarding the sinusoidal disturb potential as a stationary solu- tion of an ... A theory on the second order wave diffraction by a three dimensional body fixed in a regular sea has been developed in the present paper. By regarding the sinusoidal disturb potential as a stationary solu- tion of an initial value problem, and using Laplace transformation method and Tauberian theorem, the boundary value problems of stationary solution of the first and second order diffraction potential have been de- rived in this paper. Furthermore, the explicit solution of the second order stationary diffraction potential has been obtained with the method of the double Fourier transformation. It is found that the asymptotic behaviour of the second order stationary solution at far field is dependent on two wave systems, the first is 'free wave', travelling independently of the first order wave system, the other is 'phase locked waves', which accompany the first order waves. At the same time, the radiation conditions of the second order diffraction problems are derived. We also find that one can still pursue a steady state formulation with the inclusion of Rayleigh damping. Finally, as an example, the second order wave forces upon a fixed vertical cir- cular cylinder have been calculated, and the numerical results agree well with the experimental data. 展开更多
关键词 wave diffraction second order wave force nonlinear wave offshore engineering
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三维二阶水波绕射问题的有限元时域计算 被引量:1
12
作者 王赤忠 叶恒奎 石仲堃 《海洋工程》 CSCD 2000年第1期13-19,共7页
本文用有限元法配合时步处理来求解三维非线性水波的绕射问题 ,自由表面条件和物面条件都满足到二阶 ,采用人工阻尼区来吸收反射波 ,流场内的速度势通过求解有限元方程得到。对垂直圆柱体的绕射问题进行了计算 ,得到了自由表面波高时间... 本文用有限元法配合时步处理来求解三维非线性水波的绕射问题 ,自由表面条件和物面条件都满足到二阶 ,采用人工阻尼区来吸收反射波 ,流场内的速度势通过求解有限元方程得到。对垂直圆柱体的绕射问题进行了计算 ,得到了自由表面波高时间历程和圆柱所受到的波浪力 ,计算结果和有关文献的理论计算结果进行了比较。 展开更多
关键词 有限元法 非线性水波 二阶理论 绕射 波浪力
全文增补中
非线性海浪载荷谱的研究 被引量:6
13
作者 马汝建 《石油大学学报(自然科学版)》 CSCD 1993年第2期49-53,共5页
应用Hemite多项式.对非线性海浪阻力进行了分析.研究表明.非线性阻力线性化后.计算值比实际值小.其均方误差约为10%.这对于海洋结构物的设计和使用来说.将是不安全的.为了改进非线性海浪阻力的计算方法.本文首次提出了非线性阻力谱传... 应用Hemite多项式.对非线性海浪阻力进行了分析.研究表明.非线性阻力线性化后.计算值比实际值小.其均方误差约为10%.这对于海洋结构物的设计和使用来说.将是不安全的.为了改进非线性海浪阻力的计算方法.本文首次提出了非线性阻力谱传递函数的概念.并通过数值计算.给出了该函数的经验公式.为非线性海浪阻力的计算提供了简便可行而又比较精确的计算方法. 展开更多
关键词 谱分析 非线性 波浪 载荷谱
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用时域法求解二维二阶非线性水波的绕射问题
14
作者 王赤忠 叶恒奎 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 1999年第4期453-467,共15页
本文用二阶理论在时域范围内研究非线性水波的绕射问题。一、二阶问题分别满足各自的自由表面条件和物面条件。用一阶Adams格式并配合时步处理来计算自由表面上的波高和速度势,而流场内的速度势通过求解有限元方程得到。采用人工阻尼区... 本文用二阶理论在时域范围内研究非线性水波的绕射问题。一、二阶问题分别满足各自的自由表面条件和物面条件。用一阶Adams格式并配合时步处理来计算自由表面上的波高和速度势,而流场内的速度势通过求解有限元方程得到。采用人工阻尼区来吸收反射波。对水平半圆柱体在水面的绕射问题进行了计算,得到了自由表面波高时间历程和圆柱所受到的波浪力,计算结果和有关文献进行了比较。 展开更多
关键词 非线性水波 二阶理论 绕射 波浪力 时域法
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海洋浮体二阶非线性水弹性力学分析—基本理论 被引量:8
15
作者 陈徐均 吴有生 +1 位作者 崔维成 沈庆 《船舶力学》 EI 2002年第4期33-44,共12页
将考虑到二阶的流场压力在浮体瞬时湿表面上积分 ,得到用于非线性水弹性理论分析的广义一阶流体作用力和广义二阶流体作用力。广义一阶流体作用力中的波浪激励力、辐射力和恢复力与线性水弹性理论中的广义流体力具有相同的形式 ,仅比线... 将考虑到二阶的流场压力在浮体瞬时湿表面上积分 ,得到用于非线性水弹性理论分析的广义一阶流体作用力和广义二阶流体作用力。广义一阶流体作用力中的波浪激励力、辐射力和恢复力与线性水弹性理论中的广义流体力具有相同的形式 ,仅比线性水弹性理论多了一项 ,反映了由刚体的转动引起的对一阶流体恢复力的影响。广义二阶流体力由五部分组成 ,即 :与入射势和反射势有关的广义二阶波浪激励力、与辐射势有关的广义二阶辐射力、由辐射势与入射势及反射势的耦合引起的广义二阶力、由于湿表面的移动引起的一阶流场静态压力对广义二阶流体力的贡献、以及由于瞬时湿表面积的变化引起的广义二阶力。同时推导了不规则波中的广义一阶及二阶流体动力系数的表达形式。建立了在不规则波中航行浮体的线性和非线性水弹性运动方程 ,给出了求解方法。 展开更多
关键词 海洋浮体 二阶非线性水弹性力学分析 数值计算 二阶波浪力
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浮式风力机若干特征动力学问题综述 被引量:2
16
作者 程友良 曹淑刚 万声权 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第1期165-186,共22页
总结浮式风力机类型及其对应的特征动力学问题,针对浮式风力机气动荷载、水动荷载的计算方法以及结构动力学、控制动力学典型问题进行论述。讨论了气动—水动—结构—伺服耦合分析的难点,重点分析了二阶波浪力、畸形波等非线性波浪荷载... 总结浮式风力机类型及其对应的特征动力学问题,针对浮式风力机气动荷载、水动荷载的计算方法以及结构动力学、控制动力学典型问题进行论述。讨论了气动—水动—结构—伺服耦合分析的难点,重点分析了二阶波浪力、畸形波等非线性波浪荷载、流荷载及涡激运动对浮式风力机特征动力响应的影响。阐述了浮式风力机动力学研究的试验方法、数值仿真方法、样机测试方法,并对模型试验技术的相似理论、气动模型的实现和难点以及数值仿真的频域方法、时域方法和分析工具进行了归纳对比。研究表明:浮式风力机多场、多体耦合动力分析机理及相关技术仍不成熟,气动荷载、高阶非线性波浪荷载耦合模型的建立是动力学问题研究的重点,数值仿真及模型试验是浮式风力机动力响应研究的主要方法,样机测试技术的积累将促进设计标准的完善及浮式风电的产业化发展。 展开更多
关键词 浮式风力机 耦合模型 非线性荷载 气动荷载 水动荷载 二阶波浪力 畸形波
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