波浪載荷計(jì)算

1、 Evaluation Only. Created with Aspose.Pdf. Copyright 2002-2014 Aspose Pty Ltd.第三章波浪與波浪載荷第一節(jié)概述一有關(guān)坐標(biāo)系和特征參數(shù)1坐標(biāo)系的建立2波浪要素波峰；波谷，波高，波長(zhǎng)，周期，圓頻率無(wú)量綱參數(shù)：波陡（），相對(duì)波高（d），相對(duì)水深（d/）淺水度3波浪要素的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律平均波高部分大波平均波高 H 1 常用的有H 1和H 110P3波列累積率F%的波高波高與周期聯(lián)合分布4我國(guó)各海域大浪分布規(guī)律重力波：風(fēng)浪和涌浪及近岸波（海浪）產(chǎn)生原因：風(fēng)海嘯地震海面震蕩氣壓變化潮波重力、科式力三、波浪理論1規(guī)則波浪理論（對(duì)單一波

2、浪的研究）線性波浪理論（微幅波、Airy波、正弦波）非線性波浪理論（有限振幅波）tokes波浪理論；孤立波浪理論；橢圓余弦波浪理論。2隨機(jī)波浪理論（對(duì)過(guò)程的研究）譜描述理論第二節(jié)線性波浪理論14 Evaluation Only. Created with Aspose.Pdf. Copyright 2002-2014 Aspose Pty Ltd.一、基本方程和邊界條件假設(shè)：流體是理想均勻的，不可壓縮的，無(wú)粘性的理想流體，其運(yùn)動(dòng)是無(wú)旋的。從以上假設(shè)有：rt= 0: RotV = 0x = u : y = v : z = wu r ux u r u y u rrRotVr uz = ×

3、V = y + + izx jxykyz zx V =+ u yy+ uzruxxz算子： = x ir + y rj + z rk速度勢(shì)ur寫(xiě)成某個(gè)標(biāo)量函數(shù)的剃度，即 ir + rj + kr：將矢量函數(shù)ur = =xyz基本方程 + (V ) = 0r）連續(xù)方程tr）動(dòng)力學(xué)方程 dVdtr= F 1 P+ 1 (u 2 + v 2 + w2) + P Pat+ gz = 02 其agrange積分： tat為大氣壓力。2邊界條件）動(dòng)力學(xué)邊界條件t+ 1 (u2+ v + w ) + g = 02 2（1）（2）2海底：w = zz=d + + x x y y海面：z z = = t（3）z

4、 =從上述方程中可看出，部分條件是非線性的。3邊界條件的線性化）動(dòng)力邊界的線性化分成兩步進(jìn)行，首先將（1）式動(dòng)能部分忽略，然后將其展開(kāi)，得到：g + t z=0 = 0（4）2）運(yùn)動(dòng)邊界條件線性化15 Evaluation Only. Created with Aspose.Pdf. Copyright 2002-2014 Aspose Pty Ltd. =z z=0對(duì)（3）式進(jìn)行線性化，得到：（5）t將（4）（5）兩式組合起來(lái)，得到： 2z=0 = 0+ g zt2二、二維行進(jìn)波的速度勢(shì)由于以上的方程組無(wú)法直接解出，故只能假設(shè)波面后求解。假設(shè)波剖面為規(guī)則的余弦曲線式中k=2/L, 2：H =

5、 cos(kx t)由線性化的動(dòng)力邊界條件（4）式知：2(z,x,t) = A(z)sin(kx t)將速度勢(shì)表達(dá)式帶入連續(xù)方程可求出A(z)表達(dá)式當(dāng)水深無(wú)窮大時(shí)得到如下關(guān)系式：(z, x, t) = gH2 sin(kx t)2= kg : L0 = gT2/ 2L0gL02gTC0 = T=2當(dāng)水深為有限時(shí)(z,x,t) = g2H chk(d + z) sin(kx t)chkd= kgthkd : L = gT222 thkdC = L = g2L0 thkd = 2gTTthkd三、線性波浪水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特性水質(zhì)點(diǎn)速度u = x= kgH chk(d + z) cos(kx t)2 ch

6、kdw = = kgH shk(d + z) sin(kx t)z 2chkd加速度ax u = kgH chk(d + z) sin(kx t)t2chkdaz w = kgH shk(d + z) cos(kx t)t2chkd水質(zhì)點(diǎn)軌跡靜止時(shí)在（x0,z0)處的水質(zhì)點(diǎn)在波浪運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)方程為：16 Evaluation Only. Created with Aspose.Pdf. Copyright 2002-2014 Aspose Pty Ltd.(x x0)2+ (z z0)2= 1A2B2H chk(d + z0)A =2shkd式中：H shk(d + z0)B =2shkd討論

7、：1）上式為一個(gè)橢圓方程，水平長(zhǎng)軸為A，短軸為B，當(dāng)z0=0時(shí)，B=H/2，當(dāng)z0=-d時(shí)，B=02）當(dāng)d為無(wú)窮大時(shí)，A，B=Hexp(kz0)/2，此時(shí)軌跡為一圓。3）當(dāng)Z0=-L時(shí),exp(-2)=1/535,此時(shí)可認(rèn)為水質(zhì)點(diǎn)靜止， Z0=-L/2時(shí),exp(-)=1/23，故工程上常將d>L/2時(shí)，認(rèn)為水深為無(wú)窮大，即所謂深水。微幅波運(yùn)動(dòng)表達(dá)式波浪參數(shù)一般表達(dá)式深水淺水1/20<d/L<1/2d/L>1/2d/L<1/20波面速度 = H 2cos(kx t) = H 2cosC = g th(kd)C = gC = gd波長(zhǎng)L = gT th(kd)L =

8、 gTL = T gdu = H ch(k(z + d) cossh(kd)w = H sh(k(z + d) sinsh(kd)u = H eHg coskz cosu =TT2dw = H ew = H(1+ z )sinkz sinTTTda x = Hg ch(k(z + d) sin2ax = 2H ekz sin ax =H gd sinLch(kd)T Taz = Hg sh(k(z + d) cos 22az = 2H 1+ z cos az = 2H ekz cosT Lsh(kd)T d 壓力 P = g ch(k(z + d) gzch(kd)P = g( z)P = gekz