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题名移动载荷激发冰层水弹性波的研究进展
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作者
胡刚华
王展
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机构
中国科学院力学研究所
中国科学院大学工程科学学院
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出处
《空气动力学学报》
北大核心
2025年第6期46-61,I0001,共17页
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基金
国家自然科学基金(12325207)。
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文摘
在极地海冰覆盖区域,冰水界面波动的回复力除重力外,还需考虑冰层的弹性力,这种波动被称为水弹性波(或挠曲重力波)。与海洋表面波浪不同,水弹性波的传播特性不仅受到流体动力学控制,还显著依赖于冰层的弹性力学特征,其临界共振体系完全不同于纯重力水波,在临界速度附近表现出独特的非线性波动现象。本文系统综述了移动载荷激发水弹性波的研究进展,涵盖理论模型、数值计算与实验观测,重点探讨了势流模型、黏弹性效应、非线性效应以及复杂运动场景(如变速运动、三维效应、渠道边界和水下载荷等)下的冰层动力学特征,发现黏弹性和非线性效应是解释临界速度下有限振幅响应的关键机制,复杂运动场景中的水弹性波传播特性则进一步揭示了冰-水耦合作用的多样性。本文研究可为极地资源开发、船舶航行安全、海洋超大浮体结构设计提供重要的理论支撑和技术参考。
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关键词
极地冰区
移动载荷
水弹性波
波-结构相互作用
非线性效应
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Keywords
polar ice-covered region
moving loads
hydroelastic wave
wave-structure interaction
nonlinear effect
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分类号
P731.15
[天文地球—海洋科学]
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题名移动载荷作用下浮冰的非线性动力学响应
被引量：1
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作者
孟洋涵
王展
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机构
中国科学院力学研究所流固耦合实验室
中国科学院大学工程科学学院
中国科学院大学未来技术学院
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出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第4期862-871,I0001,共11页
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基金
中国科学院B类先导项目资助(XDB22040203)。
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文摘
本文考虑非线性、惯性和阻尼的影响,研究了任意深度二维理想流体顶部浮冰的振动.对相关的拟微分算子进行展开并将非线性项保留至三阶后,完全非线性问题被简化为仅与自由面上的变量相关的三阶截断模型.为了验证简化模型的准确性,重点关注了自由孤立波解.在不考虑阻尼的情况下,采用多重尺度方法推导了三阶非线性薛定谔方程(NLS),利用该方程预测了任意水深下原始欧拉方程中自由波包型孤立波解的存在性及三阶截断模型的准确性.相比于Dinvay等所提出的二阶模型,三阶截断模型的优势在于其对应的三阶NLS具有准确的非线性项系数,能够在最小相速度附近更好地模拟冰层的动力学响应.进一步地对自由孤立波解进行数值计算,数值结果表明三阶截断模型在分岔曲线和孤立波波形上均与完全欧拉方程吻合良好,准确性高于二阶截断模型.基于三阶截断模型,探究了匀速局域化载荷作用下的浮冰非线性动力学响应并将时间依赖解与实验测量数据进行比较,数值计算结果与实验记录吻合良好.
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关键词
水弹性波
波-结构物相互作用
自由表面流动
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Keywords
hydroelastic wave
wave-structure interaction
free-surface flow
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分类号
O352
[理学—流体力学]
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