波浪力
關注創建者：姜講蔣醬 創建時間：2023-02-24
波浪力的實例教程
不同波高對應對的鋼樁受力也不同，波浪入射角度和周期相同的情況下，波高越大，鋼樁力越大；波浪入射角度和波高相同的情況下，鋼樁受力隨周期的增大而先增大后減小，在周期為10s左右時，鋼樁受力最大，可能是由于波浪周期為10時與船體的固有周期接近或者相等，發生共振引起的。
7、不同周期下的運動狀態
圖11 波高1m，周期5s
圖12 波高1m，周期10s
圖13 波高1m，周期18s
文章來源：濱海公司技術中心
將所得結果與英國氣象局(UK Meteorological Office)所使用的 Wavewatch III(WW3)全局模型得出的波浪高度以及波尖周期數據進行對比，除前三天以外，二者吻合性較好，具體結果如下圖所示：
03
外部作用力敏感性測試
在得到TELEMAC2D-TOMAWAC耦合模型之后，我們希望該模型在施加不同的外界作用力的情況下都適用，因此我們在以下三種情況下對耦合模型的邊界作用力敏感性進行測試：
僅受來自WW3全局模型的南向波浪作用力；
僅受來自WW3全局模型的北向波浪作用力；
根據風的方向選擇波浪作用力，如果風向向北就添加來自南部的波浪作用力，如果風向向南就添加來自北部的波浪作用力。
將三種情況下得出的波浪高度的絕對誤差、方差、標準差以及偏度進行比較，發現當波浪的選擇是風向的函數時（第三種情況）方差最小，結果最好。
展開 01
計算理論及模型
1.1 時域計算方法
對于研究浮體在波浪下的運動問題，首先需要求解流場速度勢[10]。通過線型疊加入射勢、輻射勢及繞射勢，以此來表示浮體周圍流場的總速度勢：
式中：Φ1(x,y,z,t)為入射波速度勢；ΦR(x,y,z,t)為輻射速度勢；ΦD(x,y,z,t)為繞射速度勢；(x,y,z)為流場中的位置坐標；t為時間。
結合運動學邊界條件、動力學條件、遠場邊界條件以及物體表面邊界條件，最終得到總速度勢定解條件，見式（2），
其中：n為物面法向量；i為虛數單位；g為重力加速度；k為波數，滿足k=ω2/g；vn為浮體濕表面S0的法向速度；ω為波浪頻率。
式（2）為速度勢的定解條件，入射波的速度勢已知后，即可求得輻射速度勢和繞射速度勢。將浮體所受波浪力分成3種力，即入射、繞射和輻射，而入射波浪力與繞射波浪力構成波浪激勵力。通過所得輻射勢和繞射勢，求解浮體的波浪力，進而建立浮體的頻域運動方程，見式（3）。
式（3）中：m為浮體質量；λa為額外阻尼系數；μij為附加質量；λij為輻射阻尼；K為靜水回復系數；Ka為額外剛度系數；xi為浮體的位移；F為波浪激勵力。
之后將浮體的頻域運動方程轉換為時域運動方程。當浮體進行六自由度微幅運動時，可以把運動看成一系列脈沖運動。將浮體周圍的速度勢進行疊加求解。
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計算理論及模型
1.1 時域計算方法
對于研究浮體在波浪下的運動問題，首先需要求解流場速度勢[10]。通過線型疊加入射勢、輻射勢及繞射勢，以此來表示浮體周圍流場的總速度勢：
式中：Φ1(x,y,z,t)為入射波速度勢；ΦR(x,y,z,t)為輻射速度勢；ΦD(x,y,z,t)為繞射速度勢；(x,y,z)為流場中的位置坐標；t為時間。
結合運動學邊界條件、動力學條件、遠場邊界條件以及物體表面邊界條件，最終得到總速度勢定解條件，見式（2），
其中：n為物面法向量；i為虛數單位；g為重力加速度；k為波數，滿足k=ω2/g；vn為浮體濕表面S0的法向速度；ω為波浪頻率。
式（2）為速度勢的定解條件，入射波的速度勢已知后，即可求得輻射速度勢和繞射速度勢。將浮體所受波浪力分成3種力，即入射、繞射和輻射，而入射波浪力與繞射波浪力構成波浪激勵力。通過所得輻射勢和繞射勢，求解浮體的波浪力，進而建立浮體的頻域運動方程，見式（3）。
式（3）中：m為浮體質量；λa為額外阻尼系數；μij為附加質量；λij為輻射阻尼；K為靜水回復系數；Ka為額外剛度系數；xi為浮體的位移；F為波浪激勵力。
之后將浮體的頻域運動方程轉換為時域運動方程。當浮體進行六自由度微幅運動時，可以把運動看成一系列脈沖運動。將浮體周圍的速度勢進行疊加求解。
展開 式中，EI 為鉆柱抗彎剛度，單位 kN.m2；P(z)為 z 方向軸向拉力變化值，單位 kN；q(x,z)為波浪力和海流力共同作用于鉆桿單位長度的載荷值，單位 kN/m。
波浪與海流對鉆桿的聯合作用非常復雜，不能簡單的進行線性迭加，將 Morison 方程進行修正以近似計算波流聯合作用力：
式中：F 為波浪共同作用于隔水管柱在單位長度上產生的作用力，N，由拖曳力 FD和慣
性力 FI構成，分別由水質點的水平速度和水平加速度引起；CD為拖曳力系數；CM為慣
性力系數；ρ 為海水密度，kg/m3；D 為隔水管外徑，m；uW為波浪引起的水質點速度，
m/s；uC為海流引起的水質點速度，m/s。
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優異的前處理能力
該公司使用MSC Apex作為FEA的前處理解決方案，集成的原生MSC Nastran求解器提供線性靜態和非線性結構分析，以及波浪粒子產生的力的振動分析的解決方案。這些結果用于驗證由A Squared Engineering的專家執行的范圍計算，并強調可能需要進一步分析的任何其他關注領域。
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數模分析計算波浪阻力是一個基于勢流理論的平均漂移力，作為拖船選取的理論依據是可行的，但瞬時的波浪力有可能很大，要注意一些異常波浪對船和平臺的破壞，并特別注意自振周期.
2.1 CFD數值計算模型
計算步驟如下：
(1) 平臺模型按照縮尺比1∶1繪制，忽略物理模型主甲板以上組件，忽略平臺艏部、尾部存在的三樁腿開口，如圖2所示.
雖然已有研究獲得了部分參數、地面效應和波浪海面對力效、拉力等性能的影響規律
，但多基于部分給定參數，對于其它狀態的涵道風扇并不具有普遍意義，應用中需要根據航空器使用剖面和特定約束，針對性地開展氣動設計尋求綜合性能最優。除了涵道風扇的力學性能，槳葉和涵道風扇的氣動設計還要考慮氣動噪聲抑制需求。
(二)舷側結構
觸側結構是連接船底和甲板的側壁，它直接受到船外水壓力、碰撞力、波浪的沖擊力等。
舷側結構的分類：
1.橫骨架式舷側結構
1）結構形式：
a.單一肋骨式
b.強肋骨式：
由肋骨、強肋骨、舷側縱桁組成。
Lee等通過增量和迭代對有限元方法進行改進，推導了單點系泊多段纜繩在波浪力作用下的有限元張力模型，并通過仿真對比實驗驗證了合理性，可應用于纜繩的動態分析。
綜上所述，3種方法都能夠推導得到系泊系統的張力模型。
將浮體所受波浪力分成3種力，即入射、繞射和輻射，而入射波浪力與繞射波浪力構成波浪激勵力。通過所得輻射勢和繞射勢，求解浮體的波浪力，進而建立浮體的頻域運動方程，見式（3）。
式（3）中：m為浮體質量；λa為額外阻尼系數；μij為附加質量；λij為輻射阻尼；K為靜水回復系數；Ka為額外剛度系數；xi為浮體的位移；F為波浪激勵力。
不同波高對應對的鋼樁受力也不同，波浪入射角度和周期相同的情況下，波高越大，鋼樁力越大；波浪入射角度和波高相同的情況下，鋼樁受力隨周期的增大而先增大后減小，在周期為10s左右時，鋼樁受力最大，可能是由于波浪周期為10時與船體的固有周期接近或者相等，發生共振引起的。
除了TELEMAC-3D模塊中可模擬出的水位高程和速度兩種要素值，還可通過與其他模塊的耦合，得到波浪高度，搖擺力，偏航力矩等狀態數值，作為船舶動態系泊模型的輸入數據。
將浮體所受波浪力分成3種力，即入射、繞射和輻射，而入射波浪力與繞射波浪力構成波浪激勵力。通過所得輻射勢和繞射勢，求解浮體的波浪力，進而建立浮體的頻域運動方程，見式（3）。
式（3）中：m為浮體質量；λa為額外阻尼系數；μij為附加質量；λij為輻射阻尼；K為靜水回復系數；Ka為額外剛度系數；xi為浮體的位移；F為波浪激勵力。
