论文题目: 港口非线性波浪耦合计算模型
论文类型: 博士论文
论文专业: 港口,海岸及近海工程
作者: 王大国
导师: 邹志利
关键词: 有限差分法,边界元法,有限元法,方程,方程,欧拉方程,牛顿第二定律,非线性波浪耦合模型
文献来源: 大连理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文分别以Boussinesq方程,二维和三维Laplace方程,欧拉方程和牛顿第二定律作为基本控制方程,分别从非耦合非线性波浪计算模型(指单独采用一个计算模型:本文指Boussinesq方程,或边界元法解Laplace方程,或有限元法解Laplace方程)、Boussinesq方程与Laplace方程耦合计算模型、Boussinesq方程与欧拉方程耦合计算模型三个方面对港口非线性波浪计算模型展开了研究。 非耦合非线性波浪计算模型:1) 根据造波板做椭圆余弦运动或正弦运动速度,推导出数值模拟波浪水槽时固定入射边界上的二阶波浪入射边界条件,数值计算结果和实验结果的对比表明采用二阶入射边界条件对波面升高的预报比采用一阶入射边界条件对波面升高的预报更为精确;2) 推导了波浪水槽造波板做正弦运动所产生波浪的高阶Boussinesq方程摄动展开解析解,讨论了该解析解的适用范围;3) 对整个波浪水槽应用边界元方法数值模拟了波浪对物体的非线性作用;4) 用有限元法求解三维Laplace方程模拟了三维完全非线性波浪水槽。 Boussinesq方程与Laplace方程耦合计算模型:1) 建立了外域用有限差分法求解Boussinesq方程、内域用边界元法求解Laplace方程的二维耦合计算模型。研究了耦合计算的匹配条件、耦合求解过程和公共区域长度的确定,讨论了内域自由表面条件分别采用半拉格朗日法和拉格朗日法时的区别:用半拉格朗日法的计算效率要比用拉格朗日法的计算效率高,但计算结果精度差别不大;2) 提出了用最小二乘拟合法求Boussinesq方程的二阶、四阶水平速度公式中水深平均速度对水平坐标二阶、四阶的导数,讨论了Boussinesq方程的二阶水平速度公式相对四阶水平速度公式的适用范围:在Kh<1.26(K是波数,h是静水深)时,它们之间的最大误差不超过4%,因此可以用Boussinesq方程的二阶水平速度公式代替Boussinesq方程的四阶水平速度公式计算水平速度沿水深的分布;3) 建立了外域用有限差分法求解Boussinesq方程、内域用有限元法求解Laplace方程的三维耦合计算模型。 Boussinesq方程与欧拉方程耦合计算模型:1) 建立了外域用有限差分法求解Boussinesq方程、内域也用有限差分法求解欧拉方程的二维、三维耦合计算模型。讨论了耦合计算的匹配条件、耦合求解过程。对比了内域用欧拉方程的二维、三维耦合计算模型和内域用Laplace方程的二维、三维耦合计算模型的优缺点:内域用欧拉方程的二维、三维耦合计算模型内域数值求解、整个耦合过程简单,计算效率高,但适用范围窄(只适用于船体为箱体)。2) 对直立码头前固定箱体引起的非线性波浪运动,建立了外域用Boussinesq方程、内域用牛顿第二定律的港口非线性波浪祸合计算模刑二维祸合计算模型。推导了箱体与海底和直立码头之间流体运动的自振频率,从实验和数值两方面研究了间隙内流体运动的共振现象:当入射波浪的基频或高频与间隙内流体运动的自振频率接近时,将会激发起间隙内流体运动的共振现象,使直立码头前物体所受水平力比没有码头时船所受水平增大约一倍。 关键词:有限差分法,边界元法,有限元法,Boussinesq方程,Laplaee方程,欧拉方程,牛顿第二定律,非线性波浪祸合模型
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论1
1．1 本论文研究目的和意义
1．2 研究方法综述
1．3 本文研究工作
第二章 波浪对二维和三维船作用的模型实验
2．1 二维模型实验
2．2 三维模型实验
第三章 非耦合非线性波浪的研究
3．1 Boussinesq方程计算模型
3．2 边界元计算模型
3．3 有限元计算模型
3．4 小结
第四章 Boussinesq方程与Laplace方程耦合计算模型
4．1 Boussinesq方程与Laplace方程二维耦合计算模型
4．2 Boussinesq方程与Laplace方程三维耦合计算模型
4．3 小结
第五章 Boussinesq方程与欧拉方程耦合计算模型
5．1 Boussinesq方程与欧拉方程二维耦合计算模型
5．2 直立码头前船波浪力耦合计算模型
5．3 Boussinesq方程与欧拉方程三维耦合计算模型
5．4 小结
第六章 结束语与展望
参考文献
创新点摘要
攻读博士期间完成的论文
致谢
发布时间: 2005-07-04
参考文献
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