【文章內(nèi)容簡介】 ??dzzwgwvut???????????????0)(21 222?????????? ???????????????zz yyxxtz 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 １）動力邊界的線性化 分成兩步進行，首先將動能部分忽略，然后將其展開，得到： ２）運動邊界條件 線性化 同理進行線性化，得到： 將兩式組合起來，得到： 二 二維行進波的速度勢 由于以上的方程組無法直接解出，故只能假設波面后求解。 0002200??????????????????zzzzgtzttg??????我們假設波剖面為規(guī)則的正弦曲線 式 中 k=2?/L,?＝ 2? ／ Ｔ ： 由線性化的動力邊界條件知： 將速度勢表達式帶入連續(xù)方程可求出 A(z)表達式 １當水深無窮大時 得到如下關系式： )s in ()(),()c o s (2tkxzAtxztkxH???????????????222/:)s in (2),(000202gTgLTLCgTLkgtkxgHtxz???????t h k dgTt h k dgLTLCt h k dgTLk gt h k dtkxc h k dzdc h kgHtxz???????222:)s i n ()(2),(022????????２當水深為有限時： 三 線性波浪水質(zhì)點運動特性 １。水質(zhì)速度 ２。加速度 )c os ()(2)s i n ()(2)s i n ()(2)c os ()(2tkxc hk dzds hkk gHtwatkxc hk dzdc hkk gHtuatkxc hk dzds hkk gHzwtkxc hk dzdc hkk gHxuzx?????????????????????????????????３。水質(zhì)點軌跡 靜止時在（ x0,z0) 處的水質(zhì)點在波浪運動中的運動方程為： 式中： 討論： 1）上式為一個橢圓方程，水平長軸為 A， 短軸為 B， 當 z0=0時，B=H/2， 當 z0=d時， B=0 2） 當 d為無窮大時， A， B=Hexp(kz0)/2， 此時軌跡為一圓。 3）當 Z0=L時 ,exp(2?)=1/535,ci此時可認為水質(zhì)點靜止， Z0=L/2時 ,exp(?)=1/23，故工程上常將 dL/2時，認為水深為無窮大，即所謂深水。 s hk dzds hkHBs hk dzdc hkHABzzAxx)(2)(21)()(00220220????????海底 無窮水深條件水質(zhì)點軌跡 有限水深條件水質(zhì)點軌跡 在不同水深中水質(zhì)點運動及流線 水質(zhì)點運動流線形狀 SWL Wave Profile ? u w t t t 2? 2? 2? ? ? ? 波面、水平速度、垂向速度過程曲線 ax t az t ? ? 2? 2? 第二節(jié) 波浪與海洋工程結構的相互作用 一小特征尺度結構與波浪的相互作用 當 D/L《 0。 2時，結構被稱為小特征尺度結構。 1。平面流與圓拄的繞流現(xiàn)象 繞流：流體流過圓拄但不顯著改變流場特征。 載荷：阻力， Drag force , 結構前后部動壓差之和 橫向力， Lateral force.， 旋渦周期性脫離的不對稱性導致周期性激振力。 2。振蕩流與圓拄的作用 載荷：阻力， Drag force , 結構前后部動壓差之和； 慣性力， Inertial force， 水質(zhì)點加速度存在。 橫向力， Lateral force.， 旋渦周期性脫離的不對稱性導致周期性激振力。 二 大特征尺度結構與波浪作用 當 D/L》 0。 2時，結構被稱作大尺度結構。 1。繞射現(xiàn)象 入射波在結構表面的散射效應增強，散射波與入射波互相干擾，稱之為繞射現(xiàn)象， Diffraction 2。載荷 流動分離已不重要，粘滯阻力相對于慣性力也已不重要，載荷主要成分是慣性力。 第三節(jié) 小特征尺度結構的波浪載荷 一 Morrison波浪力公式 對于 D/L0。 2時的鉛直圓拄結構，其（ x,z)坐標處的單位長度結構的波浪力： 式中： CM慣性力系數(shù) （ Inertia Coefficient) Cd阻力系數(shù)（ Drag Coefficient) u(x,z,t)為水質(zhì)點速度。 ?為水的密度， D為圓拄直徑 。 有關討論： 1。慣性力部分： ),(),(21),(4),(),(),(2tzxutzxuDCttzxuCDtzxftzxftzxfDMDI??? ?????? 慣性力被分成兩部分，一部分為假設圓拄體不存在，占據(jù)改體積的流體加速運動所需推力；第二部分為跟隨圓拄運動的部分流體加速運動所需推力。 Cm為附加質(zhì)量系數(shù)（ Added mass coefficient) 2。 阻力根據(jù)粘性流體力學得到： CD為粘滯阻力系數(shù)。 圓拄總載荷為： mMmIsICCtuCDtzxftuDpdstzxf????????? ??14),(4),(2221????????????????dddzzdtzxfMdztzxfF)(),(),(二有關系數(shù)的確定 1。 CD， CM的確定 CD與結構形狀，表面粗糙度，流態(tài)有關，而 CM則與 結構形狀 基準面積（單位長度） CD CM D 1。 0 2。 0 D 2。 0 2。 19 1。 41D 1。 55 1。 0 D 2。 01 0。 75D*D 1。 2 0。 75D*D 0。 5 1。 50 D*D 1。 05 1。 67 以上系數(shù)均由大量實驗結果整理而得。 三 鉛直圓拄波浪載荷計算 1選擇線性波浪理論計算水質(zhì)點速度和加速度 2 單位長度結構波浪力 )s i n ()(2)c o s ()(22tkxc h k dzdc h kTHtutkxc h k dzdc h kTHu????????????uuDCtuCDtzxf DM ??? 214),(2???? d O X ? dz Z f O’ 海底 鉛直圓拄結構 d+z 波浪載荷計算示意圖 3 水平總波力和波力矩 為了便于計算，將原坐標原點移到海底，則有： ???????????dOdHdzzdtzxfMdztzxfF)(),(),(39。dzc hk dc hk zTHDCdzc hk dc hk zTHCDFdDdMH??????????c osc os)(21s i n24020222????????? s inc o sc o s Imm a x axDH FFF ??c h k dds h kKkdshdkshdkKHKDCFKHDCFMaxDD)(28)(2)(2822122Im12m a x??????????????積分得： 同理可得： ??? s i nc o sc o s Imm a x axDH MMM ??}1)()()({1}1)(2)(2)(2)]([2{2321842342Im32m a x????????????????dc hkds hkdkc hk dKdkchdkshdkdkkdshKHKkDCMKHkDCMMaxHDHD??????????以上公式為鉛直圓拄的波浪載荷計算結果，可知結構波浪載荷是隨時間變化的，其規(guī)律見下頁的曲線。且慣性力和阻力變化也并不同相位，其極可用對 F求導的方法求出。 四 鉛直圓拄波浪載荷極值問題 對波浪載荷式求導得： 由此可有兩種可能： 1） cos?=0， Fmax=Fimax 2) 0c o ss i nc o s2)s i nc o sc o s(Imm a xImm a x??????????????????axDaxDFFFFF])2(1[2c o sc o ss i n2m a xImm a xm