波浪载荷计算

EvaluationOnly.CreatedwithAspose.Pdf.Copyright2002-2014AsposePtyLtd.第三章波浪与波浪载荷第一节概述一有关坐标系和特征参数1坐标系的建立2波浪要素波峰；波谷，波高，波长，周期，圆频率无量纲参数：波陡（Ｈ／Ｌ），相对波高（Ｈ／d），相对水深（d/Ｌ）——浅水度3波浪要素的统计分布规律•平均波高•部分大波平均波高H1常用的有H1和H110P3•波列累积率F%的波高•波高与周期联合分布4我国各海域大浪分布规律重力波：风浪和涌浪及近岸波（海浪）产生原因：风海啸地震海面震荡气压变化潮波重力、科式力三、波浪理论1规则波浪理论（对单一波浪的研究）线性波浪理论（微幅波、Airy波、正弦波）非线性波浪理论（有限振幅波）Ｓtokes波浪理论；孤立波浪理论；椭圆余弦波浪理论。2随机波浪理论（对过程的研究）谱描述理论第二节线性波浪理论14EvaluationOnly.CreatedwithAspose.Pdf.Copyright2002-2014AsposePtyLtd.一、基本方程和边界条件假设：流体是理想均匀的，不可压缩的，无粘性的理想流体，其运动是无旋的。从以上假设有：t0:RotV0xu:yv:zwuuxuuyuRotVuzVyizxjxykyzzxVuyyuzuxxz算子：xiyjzk速度势u写成某个标量函数的剃度，即ijk：将矢量函数uxyz基本方程(V)0１）连续方程t２）动力学方程dVdtF1P1(u2v2w2)PPatgz02其Ｌagrange积分：tＰat为大气压力。2边界条件１）动力学边界条件t1(u2vw)g022（1）（2）2海底：wzzdxxyy海面：zzt（3）z从上述方程中可看出，部分条件是非线性的。3边界条件的线性化１）动力边界的线性化分成两步进行，首先将（1）式动能部分忽略，然后将其展开，得到：gtz00（4）2）运动边界条件线性化15EvaluationOnly.CreatedwithAspose.Pdf.Copyright2002-2014AsposePtyLtd.zz0对（3）式进行线性化，得到：（5）t将（4）（5）两式组合起来，得到：2z00gzt2二、二维行进波的速度势由于以上的方程组无法直接解出，故只能假设波面后求解。假设波剖面为规则的余弦曲线式中k=2/L,＝2／Ｔ：Hcos(kxt)由线性化的动力边界条件（4）式知：2(z,x,t)A(z)sin(kxt)将速度势表达式带入连续方程可求出A(z)表达式１当水深无穷大时得到如下关系式：(z,x,t)gH2sin(kxt)2kg:L0gT2/2L0gL02gTC0T2２当水深为有限时(z,x,t)g2Hchk(dz)sin(kxt)chkdkgthkd:LgT222thkdCLg2L0thkd2gTTthkd三、线性波浪水质点运动特性１水质点速度uxkgHchk(dz)cos(kxt)2chkdwkgHshk(dz)sin(kxt)z2chkd２加速度axukgHchk(dz)sin(kxt)t2chkdazwkgHshk(dz)cos(kxt)t2chkd３水质点轨迹静止时在（x0,z0)处的水质点在波浪运动中的运动方程为：16EvaluationOnly.CreatedwithAspose.Pdf.Copyright2002-2014AsposePtyLtd.(xx0)2(zz0)21A2B2Hchk(dz0)A2shkd式中：Hshk(dz0)B2shkd讨论：1）上式为一个椭圆方程，水平长轴为A，短轴为B，当z0=0时，B=H/2，当z0=-d时，B=02）当d为无穷大时，A，B=Hexp(kz0)/2，此时轨迹为一圆。3）当Z0=-L时,exp(-2)=1/535,此时可认为水质点静止，Z0=-L/2时,exp(-)=1/23，故工程上常将dL/2时，认为水深为无穷大，即所谓深水。微幅波运动表达式波浪参数一般表达式深水浅水1/20d/L1/2d/L1/2d/L1/20波面速度H2cos(kxt)H2cosCgth(kd)CgCgd波长LgTth(kd)LgTLTgduHch(k(zd))cossh(kd)wHsh(k(zd))sinsh(kd)uHeHgcoskzcosuTT2dwHewH(1z)sinkzsinTTTdaxHgch(k(zd))sin2ax2HekzsinaxHgdsinLch(kd)TTazHgsh(k(zd))cos22az2H1zcosaz2HekzcosTLsh(kd)Td压力Pgch(k(zd))gzch(kd)PgzPgekzgz速度势HCch(k(zd))sinHCHge2kzsin2sin2sh(kd)第三节波浪与海洋工程结构的相互作用一、小特征尺度结构与波浪的相互作用当D/L《0.2时，结构被称为小特征尺度结构。1平面流与园柱的绕流现象17