多向不規則波列中畸形波生成機理及其機率研究

《多向不規則波列中畸形波生成機理及其機率研究》是依託大連理工大學,由李金宣擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多向不規則波列中畸形波生成機理及其機率研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李金宣

項目摘要

目前關於畸形波的研究多限於二維單向波浪，而實際波浪是多向的不規則波浪，波浪的方向分布對畸形波的生成機理和發生機率具有顯著的影響，但這方面仍缺少全面、系統的研究。本課題考慮波浪方向分布對畸形波生成的影響，採用數值和物理模擬兩種手段，對多向不規則波列中畸形波的生成機理和發生機率開展研究。通過對規則波與斜向邊帶擾動作用和單色波列的聚焦，以及多向不規則波浪的長時間模擬研究，揭示多向不規則波列中畸形波的生成機理；明確方向分布對畸形波生成機理的影響；建立以波浪特徵參數為參量的畸形波機率分布函式。課題研究成果可揭示畸形波的產生與環境因素之間的關係，能夠對實際海況條件下畸形波的生成機率進行預測，進而更好地為海上建築物的安全評估和結構設計提供依據。

結題摘要

畸形波是海洋中一類比較特殊的災害性波浪，它對人類的海上貿易、海洋資源開發等活動構成了極大的威脅。為了揭示實際海洋中畸形波的形成原因，確定畸形波的生成機率及其與波浪條件之間的關係，進而更好地為海上活動的安全評估和海洋結構設計提供依據，本課題對多向不規則波列中畸形波的生成及其發生機率進行深入系統的研究。首先，針對二維隨機波浪中的畸形波開展研究，分析了不同波浪參數對波高分布的影響，特別是BFI參數的影響。結果表明了當BFI參數增大時，波列變得不穩定，大波出現機率明顯的增大；通過觀察畸形波形成過程，利用小波變換分析能量的變化，發現在畸形波形成過程中，波群間作用發揮了重要的作用；據此提出了新的雙波群疊加的畸形波形成機理；並利用群性參數定義了新的表征畸形波出現機率的指標。其次，對三維隨機波浪中的畸形波開展研究，分析了不同波浪參數，特別是方向分布和水深對畸形波生成的影響。結果表明了方向分布和水深對畸形波的出現有顯著地影響，當方向分布變窄，水深較深時，大波的出現機率明顯增大，意味著在這種海況下畸形波更容易出現。同時，對三維情況下畸形波的產生機理進行了分析，結果表明當方向分布較窄時畸形波產生與二維情況相同，當方向分布變寬時，不同方向的波浪聚焦是畸形波產生的主要原因。然後，通過高階譜（HOS）方法建立數值模型，針對提出的雙波群聚焦的方法開展研究，分析了聚焦過程中的能量變化，結果表明了三階非線性在二維畸形波產生過程中起到了重要作用。最後，對課題研究作了初步地擴展，通過數值方法研究了地形對不規則波浪傳播的影響，為研究地形對畸形波影響打下基礎。課題完成了預計的研究內容，研究成果將有助於理解實際海洋中畸形波的產生，可用於分析極限大波的出現機率，同時對海洋工程設計和安全評估具有一定的參考意義。