箱筒型基础防波堤上非线性波浪力研究

论文摘要

本文以三维拉普拉斯方程作为基本控制方程,以二阶Stokes波作为入射波,应用时域二阶理论对作用在箱筒型基础防波堤上的非线性立波波浪力进行研究。本文将入射波速度势和反射波速度势及入射波高和反射波高进行分离,基于时域二阶理论,应用泰勒级数展开和摄动展开方法,分别建立关于一、二阶反射速度势的拉普拉斯方程,并使自由表面边界条件在静水面上满足,计算域不随时间变化,分别建立一、二阶反射模型。在模型的求解过程中,本文应用GID软件对模型进行前后处理,将自己编制的程序作为求解器对模型进行计算。采用四阶Adams-Bashforth显格式对自由表面边界条件进行时间步进;采用人工阻尼区进行消波以防止波浪二次反射;采用平滑函数进行物面边界条件的平缓加入;应用二阶波浪力理论计算二阶立波波浪力。应用反射模型,分别进行了直墙和连续拱形墙面上的立波波浪力的研究。在对作用在直墙上立波波浪力研究中,分别从波位移和波浪力随时间变化过程及波压强的竖向分布进行分析,对一、二阶模型进行验证。并将结果与规范进行对比分析,得出直墙上非线性立波的特性。在此基础上,对连续拱形墙面上的非线性立波进行研究,并将结果与实验进行比较验证结果的合理性。最后将其与直墙结果进行比较分析,表明作用在连续拱形墙面上一、二阶立波的波位移历时曲线、波压强竖向分布和波浪力历时曲线的总体趋势都与直墙相同;但幅值都比直墙小。本文还分别给出了波峰和波谷作用时一、二阶波压强沿圆弧墙面的水平分布。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及选题意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 连拱形墙上波浪力研究现状
• 1.2.2 非线性波浪理论研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 本文的创新点
• 第二章 反射模型的建立及有限元的单元分析
• 2.1 反射模型的建立
• 2.1.1 控制方程及边界条件
• 2.1.2 辐射边界条件
• 2.1.3 波浪力的计算
• 2.2 有限元方程的建立及单元分析
• 2.2.1 有限元方程的建立
• 2.2.2 单元分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 模型的求解
• 3.1 模型的求解方法
• 3.2 模型求解问题的处理
• 3.2.1 自由表面边界条件的处理
• 3.2.2 物面边界条件的处理
• 3.2.3 有限元方程的求解
• 3.2.4 导数的处理
• 3.3 程序编制
• 3.4 本章小结
• 第四章 模型的验证
• 4.1 模型的介绍
• 4.2 一阶模型的验证
• 4.2.1 一阶波形的验证
• 4.2.2 一阶波压强的验证
• 4.2.3 一阶波压强和波浪力与规范的对比分析
• 4.2 二阶模型的验证
• 4.2.1 二阶波形的验证
• 4.2.2 二阶波压强的验证
• 4.2.3 总波压强和波浪力与规范的对比分析
• 4.3 云图验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 工程算例
• 5.1 模型的介绍
• 5.2 连续拱形墙上一阶立波的计算
• 5.2.1 连拱形墙前一阶立波波形
• 5.2.2 连拱形墙上一阶波压强的分布
• 5.2.3 连拱形墙上一阶波浪力的计算
• 5.3 连续拱形墙上二阶立波的计算
• 5.3.1 连拱形墙前二阶立波波形
• 5.3.2 连拱形墙上二阶波压强的分布
• 5.3.3 连拱形墙上二阶波浪力的计算
• 5.4 云图分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢