深海环境中畸形波特性与生成演化机理研究

发布时间：2021-01-20 00:13

　　畸形波是一种能量集中、非线性极强、破坏力极大的波浪,与深海结构物相互作用时,将对结构安全性构成严重威胁,对海上工作人员以及财产造成重大危害。它是强非线性极端波浪的一种特殊形态,具有异常大波高的强非线性波浪并经常毫无预兆地发生。畸形波的前坡很陡且升高很快,存在时间较短并且波面不断变化,常以极大波以及连续大波等的异常形式出现。畸形波可发生于所有海域,多发生于深海风暴天气中。因此,畸形波生成机理的研究对平台设计以及安全性方面具有重要意义,是波浪水动力研究的热点问题之一。畸形波多在偶然情况下发生,海上实测存在很大困难,国内外对畸形波产生机理的研究尚不完善。目前,针对深海环境畸形波的生成机理有多种假说,即波浪色散聚焦,波浪的调制不稳定性,浪流耦合作用以及风浪相互作用。近年来,基于波浪的调制不稳定导致的畸形波聚焦机理被认为是导致畸形波生成的主要机理,引起了国内外广泛关注。本论文在上述畸形波生成机理假说的基础上,基于波浪的调制不稳定性聚焦机理,应用合适的能够描述非线性波浪演化过程的数学模型,研究开发能够求解相应数学模型的数值方法,进一步对畸形波的发展、演化、变形过程和规律进行数值模拟,揭示畸形波这种... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：181 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 畸形波的定义
        1.2.2 畸形波的观测
        1.2.3 关于畸形波生成机理的几种假说
        1.2.4 国内外研究现状
    1.3 论文主要研究内容和研究思路
        1.3.1 研究思路和研究内容
        1.3.2 本论文各章主要内容
        1.3.3 本论文的创新性
    1.4 本章小结
第二章 理论基础和研究手段
    2.1 波浪的调制不稳定性
    2.2 深水四阶非线性薛定谔方程
        2.2.1 控制方程
        2.2.2 行波展开
        2.2.3 波浪辐射应力导致的平均流
        2.2.4 多重尺度展开
        2.2.5 四阶时间非线性薛定谔方程
        2.2.6 四阶空间非线性薛定谔方程
    2.3 小波分析方法
    2.4 本章小结
第三章 非线性薛定谔方程的高阶呼吸子解
    3.1 非线性薛定谔方程的LAX对
        3.1.1 NLS方程的无因次化
        3.1.2 确定L算子
        3.1.3 确定M算子
        3.1.4 NLS方程的LAX对
    3.2 利用DARBOUX求解非线性薛定谔方程
    3.3 NLS方程的高阶呼吸子解
    3.4 本章小结
第四章 求解四阶非线性薛定谔方程的高阶数值方法
    4.1 求解MNLS方程的高阶求解数值格式
    4.2 数值求解程序的有效性验证
        4.2.1 周期波群演化的试验验证
        4.2.2 NLS方程的孤立子包络验证
    4.3 高阶数值解法的计算效率
        4.3.1 周期波群的演化问题
        4.3.2 Peregrine呼吸子的演化问题
    4.4 本章小结
第五章 基于MNLS方程的畸形波生成机理研究
    5.1 PEREGRINE呼吸子式畸形波演化的数值模拟
    5.2 高阶呼吸子式畸形波演化数值模拟
    5.3 呼吸子式畸形波的时频能量研究
    5.4 呼吸子式畸形波的波形研究
    5.5 本章小结
第六章 波流耦合作用下的畸形波生成机理研究
    6.1 恒定流作用下深水四阶非线性薛定谔方程
    6.2 波流耦合对PEREGRINE呼吸子式畸形波演化的影响
    6.3 波流耦合作用下高阶呼吸子式畸形波的演化机理研究
    6.4 波流耦合作用下呼吸子式畸形波的时频能量研究
    6.5 本章小结
第七章 随机海浪下畸形波的生成演化研究
    7.1 无海流情况下随机海浪场中的畸形波生成演化研究
        7.1.1 数值初始条件
        7.1.2 随机波浪场中的畸形波数值模拟结果及其分析
    7.2 恒定海流影响下随机海浪场中的畸形波生成演化研究
        7.2.1 数值初始条件
        7.2.2 恒定海流影响下随机波浪场中的畸形波数值模拟结果及其分析
    7.3 本章小结
第八章 结论与展望
    8.1 主要研究内容及结论
    8.2 进一步研究展望
参考文献
附录
    附录 A
    附录 B
    附录 C
致谢
攻读博士期间完成的学术论文目录
攻读博士期间申请的专利


【参考文献】：
博士论文
[1]畸形波生成、演化及内部结构研究[D]. 崔成.大连理工大学 2013
[2]深水畸形波的数值模拟研究[D]. 张运秋.大连理工大学 2008



本文编号：2987963