| 圆柱阵列波浪力幅值波动特性、步长和包络线的获取方法 | |
曾晓辉 ; 于法军; 孙哲
| |
| 2020-10-09 | |
| Rights Holder | 中国科学院力学研究所 |
| Abstract | 本发明提供一种圆柱阵列波浪力幅值波动特性、步长和包络线的获取方法，对排成一条直线的有限个坐底圆柱所组成的圆柱阵列建立坐标系并确定相关参数，基于相长相消理论分析任意圆柱及其上下游圆柱绕射波的干涉效果，得到波浪入射角等于零和不等于零时波动间距的描述模型、波动间距和峰谷点横坐标的表达式，确定波浪力幅值曲线计算步长，以及峰谷点的纵坐标；将各峰/谷点连线得到波浪力曲线在非捕获区中的上/下包络线。本发明还提供了基于绕射理论建立波浪力幅值曲线波动间距描述模型的方法。本发明证明了波动间距只与圆柱阵列中圆柱总数、标识圆柱位置的柱子编号和波浪入射角有关，可在保证精度的前提下减少工作量，缩短设计和评估周期。 |
| Application Date | 2018-07-17 |
| Application Number | CN201810784174.X |
| Patent Number | CN109726423B |
| Claim | 1.圆柱阵列波浪力幅值波动特性、步长和包络线的获取方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤100，将波浪力幅值随无量纲波数变化形成的波浪力曲线中的多个高耸尖峰所在区域作为区域I，将高耸尖峰附近低于所述高耸尖峰且曲线波动间距随无量纲波数改变而变化的次级峰和谷所在区域作为区域II，将排除区域I和区域II后的波浪力曲线作为区域III； 步骤200，建立由排成一条直线的有限个相同坐底圆柱所组成的圆柱阵列坐标系并确定相关参数，将无量纲波数转化为相邻两圆柱间距离和波长的比值，则各圆柱的绕射波发生相长干涉时波浪力曲线出现峰点，发生相消干涉时波浪力曲线出现谷点；对于波浪入射角等于零的情形，分析入射波传到任意某个圆柱发生绕射及入射波传到该圆柱下游最后一个圆柱发生绕射这两个路径的波程差，求出波浪力曲线区域III中任意峰点横坐标的初步表达式和相邻峰点横坐标之差的初步表达式，以及任意谷点横坐标的初步表达式和相邻谷点横坐标之差的初步表达式，进而可知相邻两个峰点或相邻两个谷点的横坐标之差相等，最后得到任意圆柱波浪力曲线在区域III中的初步波动间距表达式； 步骤300，在任意某个圆柱上游处，将该圆柱产生的向上游传播的左传绕射波和该圆柱下游各个圆柱产生的左传绕射波求和，利用汉克尔函数取渐近表达式进行简化，得到对波动间距问题来说与当前圆柱阵列等价、且位置与现有圆柱位置均不相同的两个位于该圆柱下游的等价圆柱的具体位置，将离该圆柱更远的那个等价圆柱的位置代入初步波动间距表达式、任意峰点横坐标的初步表达式和任意谷点横坐标的初步表达式进行修正，即可得到波浪入射角等于零时波浪力曲线区域III中波动间距的最终表达式、任意峰点横坐标的最终表达式和任意谷点横坐标的最终表达式； 步骤400，对于波浪入射角不等于零的情形，利用前述同样方法，首先分析入射波传到任意某个圆柱发生绕射及入射波传到该圆柱上游的阵列端部第一个圆柱发生绕射这两个路径的波程差，然后分析入射波传到任意某个圆柱发生绕射及入射波传到该圆柱下游的最后一个圆柱发生绕射这两个路径的波程差，即可分别得到任意圆柱波浪力曲线在区域III中由于该圆柱上游圆柱绕射波的作用导致的任意峰点横坐标的初步表达式一、任意谷点横坐标的初步表达式一和初步波动间距表达式一，以及由于该圆柱下游圆柱绕射波的作用导致的任意峰点横坐标的初步表达式二、任意谷点横坐标的初步表达式二和初步波动间距表达式二； 步骤500，首先在任意某个圆柱的下游处，对该圆柱产生的向下游传播的右传绕射波和该圆柱上游各个圆柱产生的右传绕射波求和，利用前述同样的方法修正，得到波浪入射角不等于零时，任意峰点横坐标的最终表达式一、任意谷点横坐标的最终表达式一和最终波动间距表达式一；然后，在任意某个圆柱的上游处，对该圆柱产生的向上游传播的左传绕射波和该圆柱下游各个圆柱产生的左传绕射波求和，同样方法修正后得到任意峰点横坐标的最终表达式二、任意谷点横坐标的最终表达式二和最终波动间距表达式二； 步骤600，采用最终波动间距表达式一和最终波动间距表达式二给出的波动间距的更小者，就得到波浪入射角不等于零时任意圆柱波浪力曲线在区域III中最小波动间距的最终表达式；综合波浪入射角等于零时和不等于零时的波动间距的最终表达式，即可得到任意圆柱波浪力曲线在区域III中波动间距描述模型的最终表达式； 步骤700，根据入射角等于零和不等于零时波动间距的最终表达式计算出区域III中的最小波动间距，以该最小波动间距作为波浪力曲线在区域III中计算步长的上限，根据不同精度要求将最小波动间距除以相应的自然数作为区域III中计算步长的下限，从而得到区域III的计算步长； 根据所需精度要求将区域III的最小波动间距除以相应精度要求对应的自然数，得到区域II中的计算步长；根据所需精度要求将区域III的最小波动间距除以相应精度要求对应的自然数，得到区域I中的计算步长； 步骤800，采用最终表达式一和最终表达式二中横坐标的更小者作为波浪入射角不等于零时任意峰点横坐标的最终表达式和任意谷点横坐标的最终表达式，综合波浪入射角等于零时和不等于零时的最终表达式，即可得到任意圆柱波浪力曲线在区域III中任意峰点横坐标的最终表达式和任意谷点横坐标的最终表达式；根据横坐标的最终表达式得到任意峰点和谷点处的横坐标，从而可得对应的波数，求解线性方程组以获得速度势表达式中的未知绕射系数，进而可得到任意圆柱所受波浪力，将该波浪力无量纲化并取模，就得到波浪力曲线在区域III中任意峰点和谷点处的纵坐标； 根据上述获取的任意峰点和谷点处的横坐标以及任意峰点和谷点处的纵坐标，确定出每一个峰点和谷点的位置，将这些峰点连线，就得到波浪力曲线在区域III中的上包络线；将这些谷点连线，就得到波浪力曲线在区域III中的下包络线。 |
| Language | 中文 |
| Classification | 发明授权 |
| Status | 有效 |
| Note | 授权 |
| Country | 中国 |
| Agency | 北京和信华成知识产权代理事务所(普通合伙) |
| Document Type | 专利 |
| Identifier | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/85481 |
| Collection | 流固耦合系统力学重点实验室 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 曾晓辉,于法军,孙哲. 圆柱阵列波浪力幅值波动特性、步长和包络线的获取方法. CN109726423B[P]. 2020-10-09. |
| Files in This Item: | Download All | |||||
| File Name/Size | DocType | Version | Access | License | ||
| ZL201810784174.X圆柱阵列（967KB） | 专利 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Download | ||
Items in the repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Edit Comment