波浪和结构物相互作用解析解的研究

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1、天津大学硕士学位论文波浪与结构物相互作用的解析解研究姓名：袁生杰申请学位级别：硕士专业：计算流体力学指导教师：陶建华20030801天津大学硕士学位论文摘要海洋既给人带来巨大的财富，但也有时会给人带来灾难。人们在努力开发海洋环境以造福人类的同时，还应防范它给人带来的不利影响。在设计海洋和近海建筑物中，波浪与障碍物的作用机理的研究十分重要，它关系到工程结构的安全与经济。在近岸工程中，许多问题与波浪和结构物的相互作用有关。其中，防波堤的散射特性和波浪力特性的研究是基础问题。目前采用的波浪理论有线性波理论(或小振幅波理论)

2、和非线性波理论。而所采用的方法有三种。一是解析法。由于几何条件和边界条件对求解的复杂性影响较大，这种方法只有当防波堤的断面是规则的几何平面时才能获得显式解。二是实验法。这种方法是通过对结构物周围的波的参数进行测量，然后根据测得的参数，求出表征波散射特性的特征量(如反射系数和透射系数)以及表征波浪力特性的波浪力系数。第三种方法是数值计算法。该法是借助于计算机对特定边界条件下的流动进行数值模拟，甚至显示。这种方法则适合防波堤为任意几何断面的情况。实际应用时所采用的，往往是以上三种方法的综合。用解析法求解目前大多采用特征函

3、数展开法和积分方程法。本文分别采用特征函数展开法和积分方程法，对防波堤几何断面为矩形和薄板的情况进行了尝试。对于无限水深和有限水深两种情况下波浪与薄板相互作用的问题，应用Havelock水波展开法和积分方程法进行了探讨，求得了反射系数和透射系数，并且与相关的实验作了对比；对于有限水深下矩形障碍物或防波堤与水波的相互作用问题，应用特征函数展开法推得了反射系数和透射系数的表达式，并且傲了平面波和长波近似。尤其对平面波近似，做了较详细的分析和对比，从而在计算式比较简单的情况下，获得了与全解近乎相同的结果。关键词：反射系数、

4、透射系数、特征函数展开法、积分方程法、障碍物、防波堤、数值模拟■墨望查堂堡主堂竺笙壅ABSTRACTOceansbringpeoplebothgreatfortunesanddisas6ers．Sowhenhumanbeingsmakeeffortstodevelopmarineenvironmentstobenefitthemselves，theymustbepreparedformeprecautionoftheirnegativeeffects．Indesigningofmarineandoff妯orecons

5、tructions，theresearchoninteractionsbetweenwaterWaVeSandbarriersisthemostimportantandcontributestothesafetyandeconomyofengineeringstructures．Inoffshoreengineering,mostproblemsrefertotheinteractionsbetweenwavesandbarriers．Amongthem，thestudiesofwavescatteringandfo

6、rcecharacteristicsofbreakwatersarefundamentalsubjects．Linearwavetheoryandnonlinearwavetheoryarethetwomajortheoriesbeingusedandtherearethreemethodstosolvewaterwavescatteringproblems．Thefirstistheanalyticalmethod．Sincethebreakwatergeometryandboundaryconditionshav

7、eagreateffectonthecomplexityofproblemsolution,onlythosegeometriesthatareregularhaveexplicitsolutions．111esecondistheexperimentalmethod．bywhichallthewaterwavefactorsareme嬲uredandtransferredtorequiredquantities．suchastransmissionandreflectioncoefficientsaswellaSw

8、ave-forcecoefficients．Thethirdisnumericalcomputationmethod，wlliclLwiththehelpofcomputers，waⅣemotionisnumericallysimulatedundercel'tainboundaryconditions．Thismethodissuitable