[發(fā)明專利]一種基于二階造波理論產(chǎn)生連續(xù)聚焦波的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910033452.2
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109799065B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方慶賀;郭安薪;李惠
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 23101
• 代理人: 吳振剛

本發(fā)明提供一種基于二階造波理論產(chǎn)生連續(xù)聚焦波的方法，如下：選擇合適的聚焦波目標(biāo)聚焦位置和時(shí)間，確定聚焦波各波浪組份的波幅和初相位，依據(jù)波浪組分的理論造波參數(shù)，利用二階造波理論計(jì)算造波機(jī)運(yùn)動(dòng)位移并在水槽中造波，觀測聚焦點(diǎn)處的波面時(shí)程并與目標(biāo)波面進(jìn)行相關(guān)性分析；若波形不滿足要求，即可根據(jù)目標(biāo)波幅和相位對造波輸入?yún)?shù)進(jìn)行合理的修正，將修正后的造波參數(shù)帶入造波機(jī)位移計(jì)算方程計(jì)算造波機(jī)位移并在水槽中造波，觀測聚焦點(diǎn)處波面并與理想波面對比，若不滿足要求則再次進(jìn)行迭代。應(yīng)用本發(fā)明所提出的造波方法，可以在較少的迭代湊波次數(shù)內(nèi)獲得波形良好的、周期特定的連續(xù)聚焦波浪，提高浪槽水動(dòng)力試驗(yàn)的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及近海、海洋工程水動(dòng)力波浪水槽試驗(yàn)測試技術(shù)，具體說就是一種基于二階造波理論產(chǎn)生連續(xù)聚焦波的方法。

背景技術(shù)

涉?；A(chǔ)設(shè)施如海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)、海上石油平臺(tái)、陸海連接通道等已經(jīng)開始并逐漸成為近海經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。這些基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)物身處復(fù)雜的海洋環(huán)境，面臨著風(fēng)、浪、海流、地震、腐蝕等一系列的環(huán)境災(zāi)害作用。其中極端波浪屬于對海上建筑物安全有著嚴(yán)重威脅的海洋環(huán)境災(zāi)害(Whittaker et al.2016；Chien et al.2002)。災(zāi)害學(xué)研究結(jié)果表明，在全球氣候變化的背景下，未來海洋災(zāi)害比如強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、極端波浪、海嘯等發(fā)生頻次不會(huì)明顯增加，但是單次災(zāi)害強(qiáng)度可能明顯增大。如2017年強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“天鴿”就給我國珠三角地區(qū)造成極大地社會(huì)和經(jīng)濟(jì)損失，“天鴿”所引發(fā)的極端波浪導(dǎo)致近海地區(qū)工程結(jié)構(gòu)如防波堤、護(hù)岸等損毀。因此，深入認(rèn)識(shí)極端波浪對工程結(jié)構(gòu)的所產(chǎn)生的作用，對提高海洋及近海工程結(jié)構(gòu)安全性有著重要意義。波浪水動(dòng)力模型試驗(yàn)作為研究海洋工程結(jié)構(gòu)波浪-結(jié)構(gòu)作用問題的強(qiáng)有力手段，在海洋工程發(fā)展過程中起到了推進(jìn)性作用。

目前實(shí)驗(yàn)室中模擬極端波浪一般使用聚焦波這一方法，聚焦波可以認(rèn)為是多個(gè)頻率的規(guī)則波的波峰在同一時(shí)間出現(xiàn)在統(tǒng)一地點(diǎn)從而波峰疊加形成波幅較大的波浪。1990年，Rapp和Melville兩位學(xué)者使用波浪聚焦的方法在水槽中產(chǎn)生大幅值波浪，并觀測了深水情況下聚焦波浪破碎的現(xiàn)象；Cox和Ortega在2002年觀測了聚焦波浪在水平碼頭板上產(chǎn)生的砰擊壓強(qiáng)；Hunt-Raby等人(2011)研究了聚焦波在岸堤上的越浪現(xiàn)象；國內(nèi)柳淑學(xué)(Maet al.2010)、楊建民(Deng et al.2016)等學(xué)者課題組也研究了聚焦波聚焦原理并利用聚焦波觀測了波浪-結(jié)構(gòu)作用。盡管利用波浪聚焦的方法產(chǎn)生大幅值波浪已經(jīng)有了近三十年的歷史，但是目前所使用的聚焦波浪仍存在著聚焦時(shí)刻和聚焦點(diǎn)下移現(xiàn)象(Fernández etal.2014)。

為了提高試驗(yàn)效率，申請人前期提出了水槽中產(chǎn)生連續(xù)聚焦波的實(shí)用方法，但是這種方法也存在著聚焦時(shí)刻和聚焦點(diǎn)下移現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

針對水槽中產(chǎn)生的連續(xù)聚焦波聚焦點(diǎn)下移這一問題，本發(fā)明的目的在于提供一種在基于高階造波理論的在水槽中產(chǎn)生理想波形的連續(xù)聚焦波浪的造波方法，能夠在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)穩(wěn)定的產(chǎn)生多個(gè)波形理想的聚焦波浪，減少迭代次數(shù)，提高試驗(yàn)效率，以供實(shí)際浪槽試驗(yàn)作為輸入波浪，提高波浪模擬的精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于二階造波理論產(chǎn)生連續(xù)聚焦波的方法，如下：首先，選擇合適的聚焦波目標(biāo)聚焦位置和時(shí)間，確定聚焦波各波浪組份的波幅和初相位，依據(jù)波浪組分的理論造波參數(shù)，利用二階造波理論計(jì)算造波機(jī)運(yùn)動(dòng)位移并在水槽中造波，觀測聚焦點(diǎn)處的波面時(shí)程并與目標(biāo)波面進(jìn)行相關(guān)性分析；若波形不滿足要求，即可根據(jù)目標(biāo)波幅和相位對造波輸入?yún)?shù)進(jìn)行合理的修正，將修正后的造波參數(shù)帶入造波機(jī)位移計(jì)算方程計(jì)算造波機(jī)位移并在水槽中造波，觀測聚焦點(diǎn)處波面并與理想波面對比，若不滿足要求則再次進(jìn)行迭代直至滿足要求為止。

在迭代修正過程中應(yīng)用二階造波理論可以迅速的獲得產(chǎn)生良好波形的聚焦波所需要的造波參數(shù)，代入相應(yīng)的連續(xù)聚焦波造波機(jī)唯一計(jì)算方程中既可以得到產(chǎn)生連續(xù)聚焦波所需要的造波機(jī)位移，將位移載入造波機(jī)控制程序即可以在聚焦點(diǎn)獲得波形理想的連續(xù)聚焦波浪；利用該方法可以在較少的迭代修正次數(shù)后就能夠獲得可以用于波浪水槽產(chǎn)生波形良好的連續(xù)聚焦波的推板造波機(jī)位移信號。