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板-箱组合浮式防波堤构型设计与实验研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 浮式防波堤概述

1.2.1 浮式防波堤消波机理

1.2.2 浮式防波堤结构型式

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国内浮式防波堤研究现状

1.3.2 国外浮式防波堤研究现状

1.4 本文的主要工作

第2章 南海岛礁海洋波浪环境与地形研究

2.1 海洋波动现象与海浪特性

2.1.1 海洋波动

2.1.2 波浪分类

2.1.3 波浪的基本要素

2.2 水波理论

2.2.1 行进波

2.2.2 波群和波动能量

2.2.3 斯托克斯波

2.2.4 椭圆余弦波理论

2.2.5 各种波浪理论的应用范围

2.3 随机过程的海浪

2.3.1 海浪谱

2.3.2 海浪谱的选取

2.3.3 海浪谱的计算处理

2.3.4 有义透射波高计算方法

2.4 南海西沙群岛风浪和地形分布特征

2.4.1 西沙群岛风、浪特征

2.4.2 南海西沙群岛地形分布特征

2.5 本章小结

第3章 板-箱组合浮式防波堤单元构型设计研究

3.1.1 定解问题

3.1.2 边界方程的离散

3.1.3 水动力系数和波浪力

3.1.4 运动方程

3.1.5 透射系数与反射系数

3.2.1 水平板-箱组合结构实验模型与尺寸

3.2.2 水平板-箱组合结构实验内容

3.2.3 Goda两点法

3.2.4 水平板-箱组合结构实验结果与数值结果比较分析

3.3 水平板-箱构型吃水与板长对防波系数的影响分析

3.3.1 水平板-箱构型与方箱构型防波堤防波系数对比分析

3.3.1 水平板-箱构型吃水与板长对防波系数影响分析

3.4 六种板-箱结构浮式防波堤构型设计分析

3.4.1 六种构型固定状态防波系数对比分析

3.4.2 六种构型运动状态防波系数对比分析

3.5 本章小结

第4章 水平板-箱浮式防波堤系统模型实验研究

4.1 实验概述

4.1.1 实验背景

4.1.2 实验水池

4.2 浮式防波堤的连接设计和锚泊设计

4.2.1 浮式防波堤单元连接分析

4.2.4 浮式防波堤锚泊分析

4.3 水平板-箱模型与系泊材料

4.3.1 实验模型

4.3.2 模型制作方法

4.3.3 系泊线参数

4.4 实验内容与方法

4.4.1 防波堤模型实验布置

4.4.2 防波堤模型实验锚泊系统布置方案

4.4.3 防波堤模型实验运动及锚链受力测试方案

4.4.4 防波堤模型实验过程与实验工况

4.5 本章小结

第5章 水平板-箱组合浮式防波堤系统模型实验结果分析

5.1.2 水平板-箱浮式防波堤横浪规则波实验结果

5.1.3 水平板-箱浮式防波堤斜浪规则波实验结果

5.1.4 横浪规则波中模型实验入射波、绕射波和透射波波高对比

5.2 水平板-箱浮式防波堤运动位移数据处理与分析

5.2.1 实验运动位移数据处理方法

5.2.2 横浪规则波中防波堤模型实验运动位移数据处理分析

5.2.3 斜浪规则波中防波堤模型实验运动位移数据处理分析

5.3 水平板-箱浮式防波堤系泊张力数据处理分析

5.3.1 浮动式防波堤系泊张力数据处理方法

5.3.2 横浪规则波中系泊张力数据处理分析

5.3.3 斜浪规则波中运动数据处理分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及取得的成果

致谢

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摘要

浮动式防波堤与固定式防波堤相比,具有建造环境不受限制、水质交换能力强、移动便捷、安装方便等特点。因其显著的优势,浮式防波堤受到了广泛的关注。随着南海开发与利用步伐的加快,相应的护岸、护港工程设施必不可少。本文以南海岛礁浮式结构物防波技术为背景,对板-箱组合浮式防波堤进行构型优化设计分析和系统模型实验研究。
  研究了波浪环境理论研究了浮体与波浪相互作用问题,给出了南海西沙群岛附近地形地貌与波浪海况。研究了水平板-箱结构二维防波堤模型实验。利用二维简单格林函数的边界元法(BEM)编制了数值计算程序,将二维模型实验结果与数值模拟结果进行了比较,两者透射系数吻合良好,反射系数误差较大,是由粘性耗散引起的。分析了不同板长和吃水对防波效果的影响,增加板长和吃水有助于降低透射系数。研究了不同板-箱组合防波堤构型的防波效果,并对其进行了比较分析,结果表明组合板-箱结构相对于箱型防波堤具有明显的优势。
  本文分析了3种防波堤单元模块之间的连接方式,并对其优缺点进行了对比。进行了防波堤系统的锚泊设计,对防波堤的各个部分建造使用材料进行了说明。进行了水平板-箱浮式防波堤三维模型实验研究,处理分析得到了保护区域波浪场透射系数、防波堤运动和锚链受力情况。结果表明,无论横浪还是斜浪状态,水平板-箱系统浮式防波堤透射系数随着波浪周期的增大而上升,达到峰值后缓慢减小。波高对防波堤的透射系数影响不明显。同波高下,波浪周期越大,模型六自由度运动越剧烈,系泊张力也随之增大,共振频率附近,达到最大值,而后缓慢减小。同周期下,模型六自由度运动和系泊张力随着波高增大而缓慢增加。斜浪和横浪状态相比,堤后透射系数横浪状态大于斜浪状态,模型运动和系泊张力横浪状态略小于斜浪状态。
  通过对板-箱组合浮式防波堤的应用环境分析、构型设计、数值模拟、锚泊分析、连接分析、材料选取、实验验证、三维分析等流程设计分析,得到了整个防波堤整体设计流程与方法,为防波堤的设计提供了参考与依据。

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