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申请/专利权人：交通运输部天津水运工程科学研究所

摘要：一种波浪与高耸结构物高频共振响应计算方法，计算方法包括获取高耸结构物的尺寸信息以及计算水域内的波浪信息；对平动分量、转动分量、速度势和波面升高进行三阶摄动展开，基于三阶摄动展开以及获取到的尺寸信息和波浪信息，建立波浪与高耸结构物相互作用的非线性时域数学模型，利用非线性时域数学模型求得速度势，再利用速度势得到波浪与高耸结构物高频共振响应的波浪力以及运动响应。本发明的优点在于：利用非线性时域数学模型不仅能够对波浪与高耸结构物的高频共振响应进行研究，还能够提高模型试验的计算效率；该非线性时域数学模型还考虑了非线性的影响，使波浪与高耸结构物高频共振响应的计算结果准确性更高。

主权项：1.一种波浪与高耸结构物高频共振响应计算方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：S1、获取高耸结构物的尺寸信息以及计算水域内的波浪信息；S2、对高耸结构物的平动分量和转动分量以及计算水域内的速度势和波面升高进行三阶摄动展开，基于三阶摄动展开以及S1获取到的尺寸信息和波浪信息，设置计算水域的边界条件，从而建立研究波浪与高耸结构物相互作用的非线性时域数学模型，其中，非线性时域数学模型包括拉普拉斯方程、非恒定流伯努利方程和根据动量守恒定理得到的运动方程；S3、根据S2设定的边界条件，利用非线性时域数学模型中的拉普拉斯方程计算得到流体运动速度分布和变化情况的速度势；S4、根据S3确定的速度势，再利用非线性时域数学模型中的非恒定伯努利方程计算得到高耸结构物表面的压力分布，并且将该压力分布按照不同阶次进行划分，即可得到波浪与高耸结构物高频共振响应的波浪力；S5、非线性时域数学模型将S4得到的波浪力输入到运动方程中，采用数值积分方法对运动方程进行求解，并实时预报该计算水域内波浪与高耸结构物的运动响应；其中，运动方程包括一阶运动方程、二阶运动方程以及三阶运动方程，一阶运动方程为： 式中，为波浪力中一阶动态力，[M]、[B]和[C]均为6×6的矩阵，[M]为高耸结构物的质量矩阵，[B]为阻尼矩阵，[C]为恢复力矩阵，ξ1为平动分量的一阶分量，为平动分量的一阶分量对时间的导数，即平动速度的一阶分量，为平动速度的一阶分量对时间的导数，即平动加速度的一阶分量，{}为6×1的矩阵；二阶运动方程为： 式中，为波浪力中二阶动态力，和均为二阶力贡献项，[M]、[B]和[C]均为6×6的矩阵，[M]为高耸结构物的质量矩阵，[B]为阻尼矩阵，[C]为恢复力矩阵，ξ2为平动分量的二阶分量，为平动分量的二阶分量对时间的导数，即平动速度的二阶分量，为平动速度的二阶分量对时间的导数，即平动加速度的二阶分量，{}为6×1的矩阵；三阶运动方程为： 式中，为波浪力中三阶动态力，和均为三阶力贡献项，[M]、[B]和[C]均为6×6的矩阵，[M]为高耸结构物的质量矩阵，[B]为阻尼矩阵，[C]为恢复力矩阵，ξ3为平动分量的三阶分量，为平动分量的三阶分量对时间的导数，即平动速度的三阶分量，为平动速度的三阶分量对时间的导数，即平动加速度的三阶分量，{}为6×1的矩阵。

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