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原文传递一种圆环柱形防波结构及其数值计算方法

专利名称：	一种圆环柱形防波结构及其数值计算方法
摘要：	一种圆环柱形防波结构及其数值计算方法，属于防波结构技术领域，由圆环柱形防波结构、内部结构物组成，圆环柱形防波结构内的多孔石料填充层由内外侧钢筋格栅夹持固定，内侧钢筋格栅、外侧钢筋格栅任意水平截面为同心圆环，多孔石料填充层的空隙率和线性阻力系数均匀。内外侧钢筋格栅与海底固定连接，圆环柱形防波结构顶部高程大于海平面高程。根据比例边界有限元方法计算防波结构的受力，数值结果表明圆环柱形防波结构其能够有效地消耗周围传来的波浪能量，实现降低其保护范围内结构物所受波浪力的作用。本发明结构形式简单，便于施工安装；填充石料取材方便，成本低；石料填充层具有良好的阻尼缓冲作用，防波效果明显。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	大连理工大学
发明人：	刘俊;臧全胜;林皋;叶文斌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-09T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910278827.1
公开号：	CN109972587A
代理机构：	大连理工大学专利中心
代理人：	李晓亮;潘迅
分类号：	E02B3/06(2006.01);E;E02;E02B;E02B3
申请人地址：	116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号
主权项：	1.一种圆环柱形防波结构，其特征在于，所述的圆环柱形防波结构包括圆环柱形防波结构、内部结构物(4)，其中圆环柱形防波结构包括内侧钢筋格栅(1)、多孔石料填充层(2)、外侧钢筋格栅(3)；所述的多孔石料填充层(2)由圆环结构的内侧钢筋格栅(1)、外侧钢筋格栅(3)夹持固定，内侧钢筋格栅(1)、外侧钢筋格栅(3)任意水平截面同心；所述多孔石料填充层的空隙率和线性阻力系数均匀；所述的内侧钢筋格栅(1)、外侧钢筋格栅(3)底部与海底(6)固定连接，圆环柱形防波结构顶部高程大于海平面(5)高程。 2.根据权利要求1所述的一种圆环柱形防波结构的受力计算方法，其特征在于以下步骤：设外侧钢筋格栅半径为b，内部结构物半径为a，内侧钢筋格栅半径为c，多孔石料填充层空隙率为ε，线性阻力系数为f；海水深度为H；防波结构和内部结构物底端与海底固定连接；计算过程中，还将用到以下参数：液体密度ρ，重力加速度g；第一步，将整个流域划分为三个计算子域，即内侧钢筋格栅(1)和内部结构物(4)壁面所包围的区域ΩΙ，内侧钢筋格栅(1)和外侧钢筋格栅(3)所包围的区域ΩΙΙ，外侧钢筋格栅(3)以外的无限域ΩΙΙΙ；第二步，对于无旋无粘的理想流体，每个子域中流体的速度势函数Φ(x,y,z,t)，可采用分离变量法分解为：上式中ω为角频率，k为波数，i为虚数单位，满足三维Laplace方程化简后得到二维Helmholtz方程：设在边界上的法向导数为表示法向波速，采用变分原理并引入比例边界有限元SBFEM坐标系，得SBFEM基本方程及内、外边界条件表达式：式中，ζ＝k0bξ，s，ξ分别为比例边界有限元坐标中的环向坐标和径向坐标，ξ0为相似中心处的径向坐标，ξ1为边界上的径向坐标，N为拉格朗日插值形函数，E0、E2、Fs为系数矩阵；第三步，引入边界条件求解上述比例边界有限元控制方程，设和分别表示域ΩΙ，ΩΙΙ和ΩΙΙΙ中的速度势，且各个子域之间应满足耦合边界条件：在内部结构物壁面上，满足：在内侧钢筋格栅界面处满足其中，λ为惯性系数；在外侧钢筋格栅界面处应满足：另外，还需要满足无穷远处的Sommerfeld边界条件：其中，和为速度势的法向导数，r为节点与比例中心之间的距离；第四步，求出后，即可求出总场速度势Φ,t，液体速度、波面高度和动态压力分别由以下表达式确定：p＝-ρΦ,t；结构域所受总力按下式计算：其中括号内第一～三项分别为内部结构物、内侧钢筋格栅填充内壁处、外侧钢筋格栅填充外壁结构单位长度上受到的横向力。
所属类别：	发明专利