第4章 两端简支浮板的力学计算

根据现场观测资料，水体在受到风的扰动后，在重力作用下产生周期性运动。当风速较小时，在平静的水面上先出现波纹，外形呈规则的菱形，波高不过数毫米，波长不过数厘米（小于1.73cm），受制于表面张力。随着风速逐渐增加并持续作用，水面的这种毛细波的波长和波高逐渐加大，由开始时的波纹逐渐增大为重力波。此时，风通过对波浪迎风面的直接推力将能量传递给水体，形成一系列波长、波速不同的波浪，以不同方向相互干涉重叠，波形混乱而不规则。这种不规则波的波高差别很大，随机性强，无法以函数式表示其波动状态，但理论认为由不同周期、波高及相位的波浪重叠而成，可用统计处理找出一个特性波来表述。此处的特性波即为规则波，由古典流体动力学导出，可以用解析函数表示，波高及周期固定单一，呈周期性波动。理论上假定水为无黏滞性、不可压缩的均质流体，水面上压力很小可以忽略不计，波形在传播过程中不发生变形。这种波动理论的研究早在18世纪由Laplace展开，19世纪中叶已有相当完整的理论解。其中，Airy的线性波理论（微幅波理论）最为典型，其理论在计算上较为简单。Stokes（1847，1880）在Airy的基础上建立了Stokes波理论与自然现象较为吻合，但理论计算十分复杂。针对本文研究的问题，考虑采用经典线性波理论入手来建立计算模型。