规则波和畸形波与圆柱结构物作用机理研究
发布时间：2021-09-18 13:06
柱形结构是一种广泛存在的海洋结构物结构形式,如海上风机和灯塔的桩基、导管架平台、SPAR平台和半潜平台等。多年来,波浪与立柱的相互作用问题,特别是波浪爬升和砰击等强非线性问题,一直是海洋工程领域的研究热点之一。以往的模型试验多数关注波面的演变,对波面下水体的演变规律尚不清楚,亟待更深入的研究。因此,有必要开展基于模型试验方法的波浪爬升流场精确测量研究。同时,畸形波是一种瞬时性、波高很大和异常波形的灾害性波浪,对海洋结构物具有极大的威胁。然而,目前对畸形波流场的研究报道还不多。本文首先针对于规则波和畸形波做了纯波浪下的流场的测量,用线性理论解对实验值进行比较验证。针对规则波和畸形波的最大波峰处速度场的对比,发现畸形波的沿水深的速度变化远比规则波剧烈。同时,还对规则波和畸形波的流场的演变过程分别进行了深入分析。本文还研究了不同浸没深度的立柱在波浪作用下的波浪爬升、波浪砰击力和立柱周围流场。通过模型试验,研究波浪参数和立柱浸没深度等因素对波浪爬升与波浪力影响。同时,对畸形波的波浪时历及对立柱的波浪力进行了小波分析,找出预测畸形波作用下波浪力的有效方法。另外,采用粒子成像测速技术（PIV）对规...
【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】：165 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
游轮wilstar因畸波而受到的损害Fig.1-3DamagetotheNorwegiantankerWilstar,whichwashitbyaroguewavein1974
波峰高达 18.5m，周期约为 12.5s 的畸形波袭击了北海水深为 70m 水域的Dranpner，当时海面的有效波高仅为 11.9m，新年波波浪时历如图 1-4 所示。图1-4 “新年波”畸 波时历Fig.1-4 The time history of New Year wave畸形波定义畸形波最常用的叫法有好几种，这是因为目前没有统一的名称和定义，分别是“freakwave”[44]、 “abnormalwave”[45]、“roguewave”[46]等以及国内的畸形波，疯狗浪等，在本文中，统一称这种波浪为“畸形波”或者“freak wave”。畸形波具有很大的波高和异常的波面形状，出现和消失的时间和位置都很突然，难以预料，具有瞬态性，是一种强非线性、波峰和波谷非常不对称的波浪。Klinting& Sand[47]给出了畸形波的判别准则：1) 最大波高是有效波高的 2 倍以上；
可以精确地通过程序输出既定的摇板时历。水槽及造波机和消波滩示意图如图 2-1 所示。图2-1 波浪水槽草图Fig.2-1 The schematic sketch of the wave basin.实验中用来测量波面升高的是电阻式浪高仪，即通过测量因水位变化引起的电阻变化来获取波浪时历，从浪高仪得来的信号转化为电压信号，输入到采集电脑中。在实验前，需要对电阻式浪高仪进行标定，来确定波面升高和电压的转化系数。浪高仪安装在所需要测量的位置。用来测量力的传感器是 6 分力传感器，通过装在仪器内的电阻片受到压力引起电压变化，从而转化为力信号。在实验前也需要对 6 分力进行标定。所有来自常规仪器的数据采集频率均为 100Hz。
【参考文献】：
期刊论文
[1]孤立波与不同淹没深度水平圆柱体的相互作用[J]. 刘长根,陶建华. 水动力学研究与进展（A辑）. 2006(02)
[2]水平圆柱上波压力的非线性分析[J]. 薛鸿超,过达,严以新. 海洋工程. 1983(01)
博士论文
[1]波浪爬升的机理性探索和半潜式平台气隙响应的关键特性研究[D]. 单铁兵.上海交通大学 2013
硕士论文
[1]畸形波的数值模拟及其与海洋结构物相互作用研究[D]. 沈玉稿.上海交通大学 2013
[2]波浪对水平圆柱作用的理论分析[D]. 付韵韵.大连理工大学 2012
[3]粒子图像测速（PIV）技术在水槽波浪中的研究[D]. 龙晓警.天津大学 2009
本文编号：3400193
【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】：165 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
游轮wilstar因畸波而受到的损害Fig.1-3DamagetotheNorwegiantankerWilstar,whichwashitbyaroguewavein1974
波峰高达 18.5m，周期约为 12.5s 的畸形波袭击了北海水深为 70m 水域的Dranpner，当时海面的有效波高仅为 11.9m，新年波波浪时历如图 1-4 所示。图1-4 “新年波”畸 波时历Fig.1-4 The time history of New Year wave畸形波定义畸形波最常用的叫法有好几种，这是因为目前没有统一的名称和定义，分别是“freakwave”[44]、 “abnormalwave”[45]、“roguewave”[46]等以及国内的畸形波，疯狗浪等，在本文中，统一称这种波浪为“畸形波”或者“freak wave”。畸形波具有很大的波高和异常的波面形状，出现和消失的时间和位置都很突然，难以预料，具有瞬态性，是一种强非线性、波峰和波谷非常不对称的波浪。Klinting& Sand[47]给出了畸形波的判别准则：1) 最大波高是有效波高的 2 倍以上；
可以精确地通过程序输出既定的摇板时历。水槽及造波机和消波滩示意图如图 2-1 所示。图2-1 波浪水槽草图Fig.2-1 The schematic sketch of the wave basin.实验中用来测量波面升高的是电阻式浪高仪，即通过测量因水位变化引起的电阻变化来获取波浪时历，从浪高仪得来的信号转化为电压信号，输入到采集电脑中。在实验前，需要对电阻式浪高仪进行标定，来确定波面升高和电压的转化系数。浪高仪安装在所需要测量的位置。用来测量力的传感器是 6 分力传感器，通过装在仪器内的电阻片受到压力引起电压变化，从而转化为力信号。在实验前也需要对 6 分力进行标定。所有来自常规仪器的数据采集频率均为 100Hz。
【参考文献】：
期刊论文
[1]孤立波与不同淹没深度水平圆柱体的相互作用[J]. 刘长根,陶建华. 水动力学研究与进展（A辑）. 2006(02)
[2]水平圆柱上波压力的非线性分析[J]. 薛鸿超,过达,严以新. 海洋工程. 1983(01)
博士论文
[1]波浪爬升的机理性探索和半潜式平台气隙响应的关键特性研究[D]. 单铁兵.上海交通大学 2013
硕士论文
[1]畸形波的数值模拟及其与海洋结构物相互作用研究[D]. 沈玉稿.上海交通大学 2013
[2]波浪对水平圆柱作用的理论分析[D]. 付韵韵.大连理工大学 2012
[3]粒子图像测速（PIV）技术在水槽波浪中的研究[D]. 龙晓警.天津大学 2009
本文编号：3400193
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