非线性波浪作用下的弧形防浪墙响应研究

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波浪在近岸传播过程中由于受到水深变化、地形变化、障碍物、底部摩擦等因素影响,将发生折射、反射、绕射、破碎等一系列的波浪变形现象,其产生的冲击压力对防波堤和护岸结构物可造成不同程度的损坏。因此,波浪是规划与设计近岸结构物时所需考虑的主要因素之一。本文通过结合开源流体力学计算软件OpenFOAM和有限元软件ABAQUS分别建立数值波浪水槽模型和弧形防浪墙模型,对近岸波浪传播变形、荷载预测以及弧形防浪墙响应进行研究。其主要内容与结论如下:
  (1)利用OpenFOAM建立二维数值波浪水槽,分别模拟了规则波在潜堤上的传播变形和椭圆余弦波在潜堤地形上的传播变形,所得的波面结果分别与试验数据、基于Boussinesq方程的数值结果进行对比分析都吻合较为理想。表明了基于OpenFOAM的数值波浪水槽可以较为理想地模拟了波浪在潜堤和潜堤地形上的传播变形。
  (2)对于不同波浪工况下直立堤上方具有不同圆弧半径的弧形防浪墙迎浪面上的压强和总力进行数值分析,并将数值结果与试验数据进行比较,得出结论:OpenFOAM可以较准确地预测波浪荷载;直立堤弧形防浪墙迎浪面上的压强随圆弧半径的依次增大而逐渐减小,随测点高程的增加而非线性减小;使用适当湍流模型模拟的波浪荷载较层流模型更加接近于模型试验所测得的数据。
  (3)通过Python脚本程序将使用OpenFOAM分析所得的波浪荷载成功地以外荷载的形式在ABAQUS中施加到弧形防浪墙上,对波浪荷载作用下的弧形防浪墙进行响应分析,并且可根据应力分布情况对弧形防浪墙进一步的选型优化。
  
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