第三章船舶在不规则波中的摇荡 船舶运动学教学课件

海浪概述
风浪三要素
1. 风速: 在水面规定高度上风的前进速度； 2. 风时: 即稳定状态的风在水面上吹过的持续时间； 3. 风区长度: 即风接近于不变的方向和速度时在开敝 的水面上吹过的距离。
海浪概述
风浪三要素
海浪概述
东中国 海10月 风浪频 率及最 大波高
海浪概述
涌浪（SWELL）
虽然都是表面波，但风浪和涌浪是有很大区别的。风直 接吹向海面而产生的波浪叫做风浪。 但是，从远处 传来的风浪，在到达本海域时，风几乎已没有，人们看 到的这种波浪叫做涌浪。在一个海域，往往是风浪和涌 浪相混合的。
海浪概述
风浪要素定义
1.表观波长 2.表观波幅 3. 表现周期
海浪概述
Ocean (Irregular) Waves Definitions of Zero-Upcrossing & Downcrossing
Root-mean-Square (RMS), Skewness and Kurtosis Ochi (1998) Ocean Waves
空气的水平运动称为风。
大气作用于地球表面单位面积上的力叫做大气压力，简 称气压。当温度0℃时，纬度45℃的海平面气压为 101325Pa(即标准大气压)。
风的特征是用风向和风速两个量值来表示的，风向是指
风的来向，而不是去向，按10个方位测定。风速是空气在 单位时间内所流过的距离，单位一般采用m／s或km／h表 示，为了便于使用，可按风速大小把风速分为13个风级， 称为蒲福风级表，但此表仍然不能包括全部自然界中所有 出现的风，例如龙卷风等，其风速可达100~200m／s。
➢浪级的划分是按波浪尺度而定 --风浪的级别
由波高大小决定，波高越大、浪级越高
➢ 风级是按风速大小而定
➢ 海况是描述海面的外形，不仅反映波浪的尺度
变化，同时还反映海面其他变化。
海浪概述
涌浪根据涌高从0到9分成10级
表13-3
涌 浪 浪 级
海浪概述
风浪根据三一波高、十一波高从0到9分成
10个等级
表13-4
海浪概述
风速和波高的相关性
海浪概述
风向方位图
海浪概述
风 级 表
海浪概述
风 力 等 级 表
海浪概述
风浪
风浪是在风的直接作用下产生的海浪。 它对海上作战、船舶航行、渔船作业等 均有很大的影响。舰艇武器的射击，登 陆地点和时间的选择，雷达的使用，水 上飞机的起落，水雷的安放等，都受风 浪情况的影响。
三一有义波高
海浪的统计分析
一、海浪的统计规律以及叠加原理
2。叠加原理 假定：不规则波可以看作由许多不同频率、不同
波幅 和随机相位的单元波叠加而成。表征公式如下：
基本思想：规则波
不规则波
海浪的统计分析
不规则海浪由许多规则波叠加而成
海浪的统计分析
一、海浪的统计规律以及叠加原理
3。不规则波的分析。 假定：组成不规则波的单元波都是同一方向。 长峰不规则波：即是二因次不规则波，所有单元波的 总和代表的不规则波也是在单元波同一方向传播的。 垂直于波前进方向的波峰线是很长的。 短峰波：当不规则波是由不同方向传播的单元波 叠加而成的，也称为三因次不规则波。 总结：自然界中没有真正的长峰波，只有涌比较接 近；波浪都属于短峰波。风浪存在主传播方向，工 程上采用长峰波符合应用要求。
第三章 船舶在不规则波中的摇荡
船舶在不规则波中摇荡
海浪 概述
海浪统计 分析
摇荡运动的 谱分析法
不规则线性 横摇预报
不规则垂荡, 纵摇预报
波浪 的分 类； 风级
、浪 级与 海况
各态 历经, 平稳 随即 过程 的概 率密 度函 数
基于 海浪 谱的 统计 特性 计算
频率 响应 函数, 与运 动谱 的关 系
涌浪是离开风区向外传播的风浪，或风区内的风开始减 小甚至停止后留下的风浪。
涌浪不像风浪那样复杂多变，它的波面比较平滑，波峰 线比较长，波长较长，波形接近摆线。涌浪传播速度c 与波长有关，
C = 1.25√λ
海浪概述
东中国 海10月 涌浪频 率及最 大波高
海浪概述
风级、浪级与海况
风级、浪级与海况三者之间有一定关系，但是 它们在概念上又是不同的。
海浪概述
定义
海洋中波浪是由各种作用力而引起的，例如: 由风引起的风浪， 由日月吸引力的改变而产生的潮汐， 由海底火山或地震活动而产生的地震波， 由船的运动而引起的船波等。
通常所说的海浪是指风浪。风浪是海面上分 布最广。对于船舶航行和海洋工程实际活动 影响最大的波浪。
海浪概述
海浪的分类
各要素分 类
风 浪 浪 级
海浪概述
海况-风直接或间接作用下的海面所呈现的外貌
称为海况，取决于风速、风时、风区，受海岸、
岛屿、水深的影响。
表13-5
海 况
海浪概述
海 况 与 风 级 的 关 系
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第三章 船舶在不规则波中的摇荡
第二节 海浪的统计分析
海浪的统计分析
一、海浪的统计规律以及叠加原理
1。风浪是一种随机现象，是不规则、不确定的， 但统计值（统计规律）是稳定的，确定的。
低气压、台风等气 象的扰乱，地震
由太阳、月球引起 的潮汐力
海面上的波浪 （风浪和涌） 静振、副振动、
破碎波 海啸，暴风潮
半日潮、一日潮
潮汐力，台风
海浪概述
海洋表面波能大致分布图
海浪概述
深水和浅水中的水质点轨迹
海浪概述
风
正象海水运动一样空气也是不断地运动着的。按照运
动方向，空气运动可以分为水平的和垂直的两部分，其中
由运 动谱 密度 函数, 对摇 荡运 动的 统计 特性 计算
线性 横摇 的频 率响 应函 数
横摇 运动 谱密 度函 数及 其统 计特 性
垂荡, 纵摇 频率 响应 函数
垂荡, 纵摇 统计 特性 求取
第三章 船舶在不规则波中的摇荡
第一节 海浪概述
海浪概述
海洋环境载荷--风、浪、流
海洋波浪、风、流会对海上结构物施加 很大的作用力，其中，波浪是其最主要 的作用力。海面上的波浪最大高度可达 二、三十米，对海洋中和海岸处的工程 建筑物，如船舶、采油平台和港口等， 会产生巨大的破坏力，是这些建筑物的 主要载荷。
1.表面张力波
2.短周期重力波 3.重力波
周期 0.1s以下 0.1~1s
1~30s
4.长周期重力波
30s~数十分
5.长周期波
5Min~12h
6.潮汐波 （潮浪）
7.超潮汐波（潮浪）
12~24h 24h以上
复原力 表面张力
重力
重力和地球自 转的转向力
能源
实例 微波
海面上的风
风、气压变化等气 象的扰乱，海啸