检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：及春宁天津大学

学位级别：博士

波浪是海岸、海洋工程中最重要的动力因素之一。由于波浪作用而引起结构物附近海床的局部冲刷,污染物、泥沙在结构物前的漩涡区内滞留、沉积,以及结构物共振等问题在实际工程中屡见不鲜。因此,波浪与结构物的相互作用是海岸、海洋工程... 详细信息

波浪是海岸、海洋工程中最重要的动力因素之一。由于波浪作用而引起结构物附近海床的局部冲刷,污染物、泥沙在结构物前的漩涡区内滞留、沉积,以及结构物共振等问题在实际工程中屡见不鲜。因此,波浪与结构物的相互作用是海岸、海洋工程的设计、施工和管理中十分重要的问题。波浪与结构物的相互作用是指:由于受到波浪力的作用结构物发生变形、位移和由于结构物变形、位移引起的波浪变形、波浪力改变。这两个过程相互影响,同时进行。由于科研水平的限制,在早期研究中,研究者往往通过假定结构物固定来研究波浪的变形、波浪场中物理量的分布以及结构物受到的波浪力,或者通过假定波浪力为定值或按已知规律变化来研究结构物的变形和位移。随着计算机技术的提高,研究者改用交替求解波浪场的变化和结构物的变形、位移,并通过流固接触边界上相容条件来达到两个求解域动力耦合的方法来解决此相互作用问题。由于此类方法并非在整个计算域内采用统一的控制方程同时求解所有未知物理量,因而不是完全意义上的波浪与结构物的相互作用。本文借鉴多相流动中的虚拟区域法,将结构物等效为应变率为零的虚拟流体,对整个计算域(包括流体域和固体域)采用Navier-Stokes方程为其控制方程,并应用分布式拉格朗日乘子法在虚拟流体区域上施加刚体约束,建立了统一的波浪与结构物相互作用的流固耦合动力方程。此耦合方程采用速度和压强为基本变量,在整个计算域内同时求解所有未知量,因而是完全意义上的波浪与结构物的相互作用。在求解Navier-Stokes方程时,本文通过应用Characteristic方法来解决高Reynolds数下对流占优流动的数值振荡问题,并通过Uzawa共轭梯度法来求解剩余的一般化的Stokes问题。此方法具有求解精度和计算效率均较高的特点。二维空腔流动和二维圆柱绕流的数值实验验证了此法的正确性。在处理自由表面流动问题时,本文提出了MLER (Modified Lagrangian Eulerian Re-map)界面对流法,并应用此法提出了基于非结构化三角形网格的VOF法。此法具有体积守恒性好、边界拟合精度高的特点,可以适用于具有任意复杂的曲线边界的计算域,且不引入任何边界处理和人为耗散。界面重构、无应变流动和大应变流动数值实验表明此法具有较高的精度和二阶的误差收敛率。应用高Reynolds数下Navier-Stokes方程的求解方法和基于非结构化三角形网格的VOF法,建立了竖向二维数值波浪水槽。在波浪的入射边界,采用可吸收式数值造波边界来产生入射波,并消除波浪的二次反射。在波浪的透射边界,采用海绵层来吸收波能,以消除波浪的反射。微幅波数值模拟实验验证了此数值波浪水槽的正确性。应用竖向二维数值波浪水槽和结构物的受力模型,首次建立了考虑波浪与结构物相互作用的数值波浪水槽。应用此数值波浪水槽,对不同尺寸结构物与波浪之间的相互作用进行了模拟,并分析了其波浪动力耦合特性。

关键词：波浪与结构物相互作用虚拟区域法 Naver-Stokes方程基于非结构化三角形网格的VOF法数值波浪水槽

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ISPH方法的改进及其在波浪与结构物相互作用问题中的应用

ISPH方法的改进及其在波浪与结构物相互作用问题中的应用

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作者：吕锡鹏哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

光滑粒子流体水动力学（SPH）方法,是具有拉格朗日特点的离散方法,在研究有关波浪物体耦合的问题上具备非常大的应用空间。相比于若可压缩SPH（WCSPH）方法来说,完全不可压缩SPH（ISPH）方法,采用求解泊松方程的压力求解方式取代了求解... 详细信息

光滑粒子流体水动力学（SPH）方法,是具有拉格朗日特点的离散方法,在研究有关波浪物体耦合的问题上具备非常大的应用空间。相比于若可压缩SPH（WCSPH）方法来说,完全不可压缩SPH（ISPH）方法,采用求解泊松方程的压力求解方式取代了求解状态方程来获取压力,大大提高了压力求解的精度。目前的传统ISPH方法,在利用核近似求解高阶函数存在缺陷,本文结合简化有限差分（SFDI）法来提高ISPH方法的插值精度,提出了 ISPHTS方法。并且基于SFDI方法,提出了 ISPHBS方法,改进了边界粒子的压力求解方式,从求解压力的泊松方程,改进为通过边界条件来求解压力。这种压力求解方式使得边界粒子的压力求解不再依赖镜像粒子,从而很好的改善了 ISPH方法在处理复杂形状的边界上的缺陷。并通过对算例进行测试证明了这些改进是有效的。但是在模拟某些强非线性波与结构物的作用时,其压力计算部分仍然会产生剧烈的抖动,产生这一情况的关键问题是,粒子在运动中会产生非常混乱的分布,随后会导致压力的不稳定,针对这种情况,基于ISPHBS方法,本文提出了三种修正方法来改进这一问题,第一种是基于Fick定律的位置修正方法（ISPHBSF）,第二种是利用最小压力的压力稳定方法（ISPHBSP）,第三种是结合了位置修正与压力稳定的一种全新的数值稳定方法（ISPHBSPF）。本文利用经典算例分析对比了三种改进方法优势,得出ISPHBSPF方法可以很好的解决上述问题。最后利用ISPHBSPF方法了模拟了孤立波抨击固定复杂结构物,非线性波浪与浮式结构的耦合分析,以及浮式结构在非线性波浪中发生的甲板上浪现象。在与实验值相比之后得出,本文提出的数值稳定方法不仅很好的提高了原有ISPH方法的稳定性,而且有效的控制了粒子条带分布的现象,使在研究波浪与结构物相互作用之时取得了非常好的结果。

关键词： ISPH方法 SFDI方法数值稳定技术波浪与结构物相互作用

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基于广义有限差分法求解波浪与结构物相互作用问题

基于广义有限差分法求解波浪与结构物相互作用问题

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作者：林通福州大学

学位级别：硕士

波浪作为港口近海工程中最主要的动力因素之一,在海岸工程的设计和施工中起着不可忽视的作用。波浪在靠近建筑物时,由于受到建筑物的影响将引起波浪变形现象。而建筑物在波浪作用下则会发生变形以及位移,严重时建筑物的稳定性会遭到破... 详细信息

波浪作为港口近海工程中最主要的动力因素之一,在海岸工程的设计和施工中起着不可忽视的作用。波浪在靠近建筑物时,由于受到建筑物的影响将引起波浪变形现象。而建筑物在波浪作用下则会发生变形以及位移,严重时建筑物的稳定性会遭到破坏。这两者之间的作用是一个相互影响的过程。因此,波浪与结构物的相互作用问题是海岸工程中的一个重要研究方向。本文基于一种无网格法——广义有限差分法(Generalized Finite Difference Method,GFDM)对该相互作用问题进行了研究。本文的主要研究内容及相关成果描述如下: (1)考虑波浪破碎效应的波浪传播问题:基于GFDM建立考虑波浪破碎效应的改进型缓坡方程模型,重点研究了波浪越过离岸堤时发生的波浪破碎现象;通过波浪破碎起始公式定义了波浪的破碎区域和破碎线,并根据破碎区域和破碎线分析了离岸堤对波浪破碎的影响,讨论了破碎区域范围变化的主要因素。结果表明斜坡地形的坡度、离岸堤的布置位置以及离岸堤的尺寸对破碎区域影响显著。 (2)波浪与柔性结构物相互作用问题的频域模拟:基于GFDM同时对Laplace方程和伯努利-欧拉方程进行离散,建立了波浪与不同柔性结构物的耦合数值模型,求解稳态下波浪的反射和透射系数以及柔性结构物的变形特性;测试了本数值模型的稳定性并分析了辐射边界与结构物的距离对反射系数的影响;准确描述了波浪与柔性防波堤的相互作用影响下的共振现象;讨论了结构物的尺寸、质量和抗弯刚度对波浪反射和结构物变形的影响。 (3)波浪与刚性结构物相互作用问题的时域模拟:基于GFDM对流体域的方程进行空间离散,并针对边界条件中不同形式的时间项,采用二阶Runge-Kutta法结合Houbolt法进行时间离散;通过弱耦合算法求解该数值模型,研究了结构物固定和不固定时对波浪传播特性的影响。结果表明,结构物的运动对其附近的自由液面振动响应和沿波浪水槽的谐波波幅均产生显著影响;分析了结构物的尺寸和入射波高对波浪传播和结构物运动耦合特性的影响,可见当结构物尺寸改变,波浪的传播发生明显变化;而随着入射波高增加,波浪的波幅增大,结构物的速度振幅和位移也逐渐增大。

关键词：波浪与结构物相互作用广义有限差分法缓坡方程 Laplace方程

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完全非线性波浪与结构物相互作用模型——基于HOSNWT理论模拟入射波浪

完全非线性波浪与结构物相互作用模型——基于HOSNWT理论模拟入射...

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第三十届全国水动力学研讨会暨第十五届全国水动力学学术会议

作者：刘佳旺滕斌大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室

本文利用完全非线性时域理论求解波浪与结构物相互作用问题。以往类似的研究需要理论解或通过完全非线性数值水槽给定入射条件,但前者受限于摄动理论,无法计算强非线性波浪,而且对于不规则波只能计算到二阶;后者进行数值离散,需要大量... 详细信息

本文利用完全非线性时域理论求解波浪与结构物相互作用问题。以往类似的研究需要理论解或通过完全非线性数值水槽给定入射条件,但前者受限于摄动理论,无法计算强非线性波浪,而且对于不规则波只能计算到二阶;后者进行数值离散,需要大量的计算时间和存储空间。采用高阶谱数值波浪水槽更加高效、准确地生成非线性波浪,解决入射问题。以截断圆柱绕射为例,给出了规则波作用下波浪爬高、结构受力的计算结果,与实验结果、传统数值模拟结果对比,验证了模型的准确性。对于不规则波与截断圆柱相互作用问题,模型计算出的结构受力呈现出高阶成分。目前的数值模拟结果表明,本文模型有很高的精确性和很广的适用性。

关键词：非线性波浪力高阶谱数值波浪水槽波浪与结构物相互作用时域模拟

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用URANS方程模型模拟非线性水波与海工结构物的相互作用

用URANS方程模型模拟非线性水波与海工结构物的相互作用

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作者：刘长根天津大学

学位级别：博士

在非线性波浪和结构物相互作用过程中,波浪在结构物附近会发生急剧的变形,甚至破碎,因此在粘性不可压缩流动模型中,能处理自由表面的运动和变形是问题的关键;同时,数值造波,无反射边界条件的实现和不可压缩流动的数值解法,也是数学模型... 详细信息

在非线性波浪和结构物相互作用过程中,波浪在结构物附近会发生急剧的变形,甚至破碎,因此在粘性不可压缩流动模型中,能处理自由表面的运动和变形是问题的关键;同时,数值造波,无反射边界条件的实现和不可压缩流动的数值解法,也是数学模型成功的必要条件.该文采用时变雷诺方程作为控制方程,并用κ-ε湍流模型来封闭雷诺方程,采用能模拟波浪破碎的流体体积函数(VOF)方法跟踪波动自由表面,建立了立面二维和三维可以模拟非线性波和各种结构物相互作用的数学模型.对于数值造波采用了能消去造波板二次反射的可吸收式数值造波机造波,提出了适合该模型的海绵吸收方法.对模型中的数值造波机的造波效果和海绵层吸收波浪的性能进行了验证.在二维数学模型中,用精度较高的Youngs算法计算网格内的流体体积函数的值,在网格内用斜线段重构自由表面.在三维模型中,为了避免在网格内采用斜面表示自由表面时的复杂的几何计算,采用了Hirt—Nichols的\"施主—受主\"算法计算网格内的流体体积函数值并在网格内用水平或垂直的平面重构自由表面.为了验证数学模型在模拟非线性水波与海工结构物相互作用过程中的正确性,用数学模型模拟了波浪在直立墙前的爬高,波浪与前台阶、矩形防波堤和码头平台的相互作用过程.结果表明数学模型在模拟波浪与结构物作用过程中的波面的变形过程、结构物附近的流场和流速大小以及结构物受到的波浪力等与实测结果符合良好.利用该文建立的数学模型,对波浪与几种典型的海工结构物的相互作用进行了模拟,并分析了这几种典型的海工结构物的水波动力学特性.

关键词：不可压缩的时变雷诺方程 k-ε模型自由表面 VOF方法流动结构半圆型防波堤波浪与结构物相互作用

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基于粘性无反射数值波浪水池研究波浪作用下双浮体共振问题

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中国造船 2018年第4期59卷 14-26页

作者：杨云涛朱仁传缪国平查乐上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

对于存在小间隙的双浮体系统在波浪作用下的共振问题,传统的势流模型由于忽略了流体粘性的影响,往往会严重高估共振现象。鉴于此,论文通过在不可压缩粘性流体的N-S方程中添加质量源项和阻尼项,建立了粘性无反射数值波浪水池,并基于此数... 详细信息

对于存在小间隙的双浮体系统在波浪作用下的共振问题,传统的势流模型由于忽略了流体粘性的影响,往往会严重高估共振现象。鉴于此,论文通过在不可压缩粘性流体的N-S方程中添加质量源项和阻尼项,建立了粘性无反射数值波浪水池,并基于此数值水池对不同频率波浪下的二维和三维双方箱形浮体的水动力特性进行模拟研究。结果表明,对于二维双浮体,论文方法能够准确地对间隙内的波高、作用在浮体上的波浪力及其共振频率进行预报;在共振频率附近,传统势流模型忽略了粘性的影响,相比论文方法会高估间隙内的波高以及波浪力。对于三维双浮体,势流和粘流结果的差异明显小于二维时两者的差异。对比二维和三维结果可以发现:二维双浮体受到的水平和垂向波浪力均存在强烈的共振现象;而三维双浮体受到的垂向波浪力不存在共振现象,而是随入射波频率的增加而单调递减。

关键词：粘流模型波浪与结构物相互作用二维和三维双浮体共振

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非静压水波模型研究综述

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海洋与湖沼 2022年第4期53卷 813-821页

作者：马玉祥艾丛芳董国海大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

水波数值模拟一直是水利、海岸、海洋工程和物理海洋等学科关注的重要研究领域之一。在诸多的水波模型之中,非静压水波模型以其计算精度和效率较为平衡的特点受到青睐。非静压水波模型经过近三十年的发展,为科学研究、工程设计分析和海... 详细信息

水波数值模拟一直是水利、海岸、海洋工程和物理海洋等学科关注的重要研究领域之一。在诸多的水波模型之中,非静压水波模型以其计算精度和效率较为平衡的特点受到青睐。非静压水波模型经过近三十年的发展,为科学研究、工程设计分析和海洋资源开发等提供了重要的技术手段。然而,如何开发更为高效的非静压模型,拓宽模型的应用领域一直是研究的主要研究方向。文章综述了非静压模型概念的提出以及数值开发的难点,介绍了非静压模型在波浪传播演化和波浪与结构物相互作用这两方面的应用进展,将有助于研究者了解非静压水波模型的研究和应用现状。

关键词：数值模拟水波模型非静压模型波浪与结构物相互作用

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不同截面形状淹没水平柱体上波浪力数值模拟研究

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大连理工大学学报 2024年第5期64卷 507-515页

作者：毛鸿飞郑伟江马英超曾锦汶广东海洋大学海洋工程与能源学院广东湛江524088 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 广东海洋大学广东省南海海洋牧场智能装备重点实验室广东湛江524088 广东海洋大学船舶与海运学院广东湛江524088 大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室辽宁大连116024

基于黏性流理论,采用有限体积法,考虑多种波浪参数和截面形状,计算淹没水平柱体在波浪作用下的受力.通过受力分解和局部流场特征分析,探究了波浪参数和截面形状对柱体受力的影响.结果表明,3种不同截面形状柱体受力主要由惯性力主导,柱... 详细信息

基于黏性流理论,采用有限体积法,考虑多种波浪参数和截面形状,计算淹没水平柱体在波浪作用下的受力.通过受力分解和局部流场特征分析,探究了波浪参数和截面形状对柱体受力的影响.结果表明,3种不同截面形状柱体受力主要由惯性力主导,柱体的淹没体积更大程度地决定了柱体所受波浪力的大小.在相同宽高比条件下,矩形柱淹没体积最大,其次是曲边矩形柱,最小的是椭圆柱.因此,综合考虑3种截面形状淹没水平柱体,矩形柱所受波浪力最大,椭圆柱所受波浪力最小,且随着宽高比的增大逐渐减小.

关键词：淹没水平柱体黏性流波浪与结构物相互作用流体动力学数值计算

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基于SPH模型的孤立波与海洋结构物相互作用研究

基于SPH模型的孤立波与海洋结构物相互作用研究

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第二十届中国海洋(岸)工程学术讨论会

作者：林金波毛鸿飞王磊赫岩莉广东海洋大学海洋工程学院广东湛江524088

台风引起的风暴潮或巨浪以及地震引起的海啸波波高较大，波长极长，同时，传播速度也极为迅速，具有极大的能量，对海洋结构危害巨大，故利用孤立波模拟海啸波等极端波浪条件，开展波浪与结构物相互作用研究对海洋结构物的设计与运行具... 详细信息

台风引起的风暴潮或巨浪以及地震引起的海啸波波高较大，波长极长，同时，传播速度也极为迅速，具有极大的能量，对海洋结构危害巨大，故利用孤立波模拟海啸波等极端波浪条件，开展波浪与结构物相互作用研究对海洋结构物的设计与运行具有重要的实际工程意义.基于DualSPHysics开源代码，利用弱可压SPH模型，结合孤立波Rayleigh方程造波，建立孤立波与海洋结构物相互作用模型，并将模型孤立波计算结果与解析解对比验证模型计算精度.利用数值模型对不同相对波高的孤立波与矩形结构物相互作用过程进行数值研究分析，总结相对波高对波面变化的影响规律.计算结果表明：相对波高较小时，自由表面较为光滑，随着相对波高增大，当相对波高大于0.2后，水体从顶部越过障碍物并与下游水体碰撞引起自由表面波动，使得流场更加复杂，并且波动幅度随着相对波高增大而增大.

关键词：波浪与结构物相互作用孤立波矩形结构 SPH

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基于SPH模型的孤立波与海洋结构物相互作用研究

基于SPH模型的孤立波与海洋结构物相互作用研究

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作者：林金波毛鸿飞王磊赫岩莉广东海洋大学海洋工程学院

台风引起的风暴潮或巨浪以及地震引起的海啸波波高较大,波长极长,同时,传播速度也极为迅速,具有极大的能量,对海洋结构危害巨大,故利用孤立波模拟海啸波等极端波浪条件,开展波浪与结构物相互作用研究对海洋结构物的设计与运行具有重要... 详细信息

台风引起的风暴潮或巨浪以及地震引起的海啸波波高较大,波长极长,同时,传播速度也极为迅速,具有极大的能量,对海洋结构危害巨大,故利用孤立波模拟海啸波等极端波浪条件,开展波浪与结构物相互作用研究对海洋结构物的设计与运行具有重要的实际工程意义。基于DualSPHysics开源代码,利用弱可压SPH模型,结合孤立波Rayleigh方程造波,建立孤立波与海洋结构物相互作用模型,并将模型孤立波计算结果与解析解对比验证模型计算精度。利用数值模型对不同相对波高的孤立波与矩形结构物相互作用过程进行数值研究分析,总结相对波高对波面变化的影响规律。计算结果表明:相对波高较小时,自由表面较为光滑,随着相对波高增大,当相对波高大于0.2后,水体从顶部越过障碍物并与下游水体碰撞引起自由表面波动,使得流场更加复杂,并且波动幅度随着相对波高增大而增大。

关键词：波浪与结构物相互作用孤立波矩形结构 SPH

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