[发明专利]一种产生波形理想的连续聚焦波的造波方法

说明书

本发明提供一种产生波形理想的连续聚焦波的造波方法，如下：根据理论聚焦时刻和理论聚焦点位置确定聚焦波各波浪组份的波幅和初相位，获得聚焦点处的实测波面实测；将实测波面与理论波面进行对比，若波形不满足要求，则根据实测值与目标值对波浪组份波幅和初相位进行迭代，利用迭代更新后的波浪组份波幅和初相位计算造波机运动位移并在水槽中造波，观测聚焦点处波面并与理想波面对比，若波形满足要求则获得产生理性波形的连续聚焦波造波参数，若不满足要求则再次进行迭代直至满足要求为止；利用迭代优化后的造波参数，结合水槽中产生连续聚焦波的方法，产生连续聚焦波所需要的数据。本发明所提出的造波方法，提高浪槽水动力试验的精度效率。

技术领域

本发明涉及近海、海洋工程水动力波浪水槽试验测试技术，具体说就是一种产生波形理想的连续聚焦波的造波方法。

背景技术

海洋能源开采、海上及近海交通网络的构建实施都离不开海洋及近海工程基础设施。这些工程结构的安全性成为保障人类海洋活动的关键因素。在全球气候变化的背景下，近海或海洋结构将会面临更为极端的复杂海洋环境，这些结构物在的极端灾害，如海啸、飓风引起的巨型波浪以及常规海况中的突然出行的畸形波浪作用下的安全性成为工程科技人员所面临的新命题。波浪水动力模型试验作为研究海洋工程结构波浪-结构作用问题的强有力手段，在海洋工程发展过程中起到了巨大的推进作用。

目前波浪水槽试验一般使用规则波或者随机波模拟海洋波浪，Dean和Dalrymple(1991)，俞聿修(1992)等人分别提出了规则波和不规则波的造波方法，其原理明确，方法简单。在非线性波浪方面，提出了利用二阶造波方法产生波形更为良好的规则波或者随机波；为了模拟海啸波，Goring和Raichlen(1980)推导了在水槽中产生孤立波的造波方法；Tromans等人(1991)年基于线性造波理论提出了 NewWave造波方法用以模拟实际海域中观测到的畸形波浪。目前，利用波浪聚焦的方法在水槽或者水池中模拟聚焦波浪逐渐开始得到海洋工程领域的认可。波浪聚焦即利用短波传播速度慢，长波传播速度快，在水槽中先产生短波后产生长波，让长波在特定时刻(聚焦时刻)在某一个特定位置(聚焦点)追赶上短波，从而实现波峰或者波谷的叠加，从而产生一个大波幅的波浪。申请人前期提出了在水槽中短时间内产生多个聚焦波的造波方法，但是这种方法仍存在一定缺陷，即前文所提及的“特定时刻”和“特定位置”存在时间和空间上的下移现象(图1)。聚焦时刻和聚焦点下移现象主要由于波浪成分相互作用所产生的超谐波和次谐波导致的。聚焦时刻下移可以通过在试验过程中延长采样时间予以修正，但是聚焦点下移会导致作用在结构上的波浪与设想的输入波浪存在差异，从而降低试验结果的可信度。

发明内容

针对水槽中产生的聚焦点下移这一问题，本发明的目的在于提供一种在水槽中产生理想波形的连续聚焦波浪的造波方法，能够在短时间内重复稳定的产生多个波形理想的聚焦波浪，以供实际浪槽试验作为输入波浪，以提高波浪模拟的精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种产生波形理想的连续聚焦波的造波方法，如下：根据理论聚焦时刻和理论聚焦点位置确定聚焦波各波浪组份的波幅和初相位，依据理论波幅和初相位计算造波机运动位移并在水槽中造波，获得聚焦点处的实测波面实测；将实测波面与理论波面进行对比，若波形不满足要求，则根据实测值与目标值对波浪组份波幅和初相位进行迭代，利用迭代更新后的波浪组份波幅和初相位计算造波机运动位移并在水槽中造波，观测聚焦点处波面并与理想波面对比，若波形满足要求则获得产生理性波形的连续聚焦波造波参数，若不满足要求则再次进行迭代直至满足要求为止；利用迭代优化后的造波参数，结合水槽中产生连续聚焦波的方法，即能够确定产生连续聚焦波所需要的造波机位移数据，将位移数据载入造波机控制程序即能够在聚焦点获得波形理想的连续聚焦波浪。

本发明还具有如下技术特征：

1、采用推板式造波机所需要的造波机位移数据具体方法如下：

基于线性叠加原理，二维波浪波面表示为：