概論浮式結構物的運動可分解為哪些類別？1）波頻運動2）高頻運動3）慢漂運動4）平均漂移。搖蕩剛體的六個自由度運動指哪些？搖蕩剛體的平移運動指縱蕩、橫蕩和垂蕩，垂蕩即垂向的運動。搖蕩的角運動指橫搖、縱搖和首搖，其中首搖為繞垂向軸的轉動。船的縱蕩是縱向的運動，而橫搖為繞縱向軸的角運動。波頻運動的定義？波頻運動主要是在有義波能范圍內的線性激勵運動。波浪主要能量大致集中在3s-20s的范圍內。在這個范圍內（特別是8s-16s內），波浪對浮式結構施加很大的載荷，浮式結構通過一個相同周期的運動作出響應，其幅值以幾乎線性的方式與波幅相聯系。波頻運動分析的線性水動力包括哪些？波激力、附連質量力、阻尼力、回復力和力矩船舶常見的總體運動問題有哪些？垂向加速度和相對垂向運動。加速度決定貨物和設備上的載荷，對暈船也是一個很重要的原因。相對垂同運動可以用來評估砰擊和甲板上浪的可能性和引起的破壞（砰擊為船體和水之間的碰撞）。橫搖。大幅橫搖引起船舶進水，傾覆，對船舶安全至關重要。液艙晃蕩。液艙晃蕩對于散貨船、油礦組合船(OBO)、液化天然氣(LNG)船以及在海上系船站裝油的油輪都是一個問題。砰擊載荷影響局部構件強度；影響總體運動；影響總體結構載荷；彎矩，剪力和扭矩鞭振和彈振。鞭振是由例如砰擊等引起的船體梁的瞬態(tài)彈性振動。彈振是由波浪引起的定常彈性振動，對大型海輪和大湖型船只特別重要。主動減速。主動減速表明船長因嚴重砰擊、甲板上浪或者大的加速度而降低速度。非主動減速。是因波浪和風增加了船的阻力以及波浪引起推進器效率改變所造成的結果。海洋結構物總體運動常見問題有哪些？（1）垂蕩運動：對于平臺鉆井作業(yè)很重要，因為鉆井立管的垂向運動需要被補償，而運動補償系統能夠補償多少是有限度的。作為垂向運動標準的例子是垂向運動幅度須小于4米。因此設計出低垂蕩運動的結構物是很重要的。(2)橫搖：搖運動也是一個可用為評估的重要運動模式。例如起重船的操作（釋放，移位）或者用船運輸自升式和半潛式平臺。(3)系泊系統設計分析問題，深水中立管和錨鏈帶來的挑戰(zhàn)（4）氣隙。半潛式，張力腿平臺浮體與波浪間垂向相對運動。波浪和平臺底側的氣隙計算波面高度，最小氣隙（5）多浮體間水動力和運動干擾。在設計油氣卸載系統時，需要考慮多浮體間的水動力和機械干擾。（6）渦激誘導運動。在高湍流情況下，海流流經細長的柱體結構，會產生橫向的周期性的流載荷，引起結構的振蕩，稱為渦激振動(Vortexinducedvibrations)。對于海洋立管（大跨度細長桿件），海底管線，單筒式平臺(Spar)，深吃水平臺，VIV很容易發(fā)生，需要考慮其對平臺運動，立管疲勞強度的影響。海洋結構物受到的水動力哪兩類？分為粘性水動力載荷與勢流水動力載荷。兩者對確定海洋結構物上由波浪引起的運動和載荷都很重要。勢流中包括圍繞結構物的波浪繞射和散射。海洋結構物總體性能分析的工程手段有哪些？數值計算、模型試驗、實尺試驗、現場檢測1)數值計算：隨著高速計算機的迅速發(fā)展，數值計算在計算船體和海洋結構物的波浪誘導運動和載荷方面扮演著重要角色。數值程序需要經過驗證，其準確性和功能取決于水動力學的發(fā)展。2)模型試驗:把產品推向市場;檢驗設計;驗證理論或數值方法;適用于哪些無法采用理論或數值方法處理的問題;得到經驗性的系數（橫搖阻尼，流力系數，風力等）;驗證海洋工程運輸，按照等作業(yè);評估高階效應;滿足客戶要求;模型試驗缺點:尺度效應：當黏性力起主導作用時，從模型試驗的結果可以換算到實尺結果有困難。幾何尺度和模型試驗的設備也會限制試驗的可能性。3)全尺度試驗。造價昂貴，難以在可控條件下操作4)現場檢測。提供了現場海洋環(huán)境和結構響應測量的第一手數據，對于指導設計，檢驗現有設計方法有很大的幫助。

第二章海洋環(huán)境微幅平面行進波滿足的線性運動學和動力學邊界條件表達形式。線性運動學條件：線性動力學條件：無限水深平面行進波滿足的色散關系式。海洋環(huán)境課件（1）中練習1。矩形水池中流體的諧搖運動

考慮部分充水的一矩形水池，水深為常數雖且等于h，池寬為2b。假設在(y,z)平面內有流體的二維運動且水池本身不在移動。證明速度勢：

滿足Laplace方程和池底邊界條件。(b)該速度勢在池壁上滿足邊界條件的波數k是多少？(c)由自由液面條件證明，當流體可能有流動時，周期（即固有周期）僅能由下式給定：

當時，推導一個近似的公式。

(d)以時間函數的形式描述在自由液面處的流體運動。海洋環(huán)境課件（1）中練習4中（a）。假定波譜如圖所示(a)由H1/3和T1的定義，驗證a=1.5,b=(32π)-1。在已知線性入射波速度勢的前提下，會推導線性入射波速度和加速度、線性波動壓力的表達式。（見課件練習2例題）深水和有限水深中線性規(guī)則波波浪質點運動軌跡有何特點？在深水情況下，a=b=，水質點運動軌跡為一個圓，在水面處軌跡半徑為波浪振幅，隨著質點距水面深度增大，軌跡圓的半徑以指數函數形式迅速減小。了解波浪傳播的相速度和群速度含義和計算公式。為波形傳播速度即相速度，波形合成波的波群速度即為群速度，無限水深時，對于淺水波線性理論常被用來模擬不規(guī)則海浪并獲得統計預測。簡述應用二維線性平面行進波描述不規(guī)則的模型。在獲得海浪譜后，如何表示離散的規(guī)則波波幅？當前應用數值方法依據非線性波浪理論直接模擬海浪已經取得很大進展。在實踐中，線性理論常被用來模擬不規(guī)則海浪并獲得統計預測。沿x軸正向傳播的長峰不規(guī)則波的波面升高可看作大量單元規(guī)則波的組合，即：已知海浪譜，如何表達有義波高，波面起伏的方差又如何表示？海面上風的運動形式與粗糙平板上的湍流非常相近，邊界層厚度為幾十米（或百米）。實用中常使用哪兩類函數來描述風速沿高度的分布？在熱穩(wěn)定大氣下，認為平均速度遵循湍流邊界層的對數律。

式中:v*為摩擦速度，K為馮．卡門常數（約為0.4）;z0為一個隨海況（因而隨風速）變化的粗糙度高度，文獻中給出z0的值在幾十毫米到幾厘米之間變化。

摩擦速度可通過下式計算：

式中：Cd為摩擦系數，Vm為參考平均速度（通常為Vm(10,600)）實用中常使用對數函數或冪函數使Vm(z,t)與Vm(10,t)相連，取水面以上10為參考高度。

對數函數寫為：

冪函數寫為：

式中，α的典型值在0.1-0.2之間。

大部分規(guī)范推薦冪函數。系數α可根據大氣穩(wěn)定性條件（不穩(wěn)定的大氣導致一個更平的剖面）和平均速度的參數時間（陣風也有一個更平的剖面）而調整。為了描述風速的脈動效應，常將風速分解為哪兩個部分？脈動分量常用風速的何種頻域統計特征來描述？海冰的物理力學特性哪些。海冰的物理力學特性包括晶體結構、厚度、含鹽度、抗壓強度、抗彎強度等。這些特征的形成具有明顯的區(qū)域性與時間性特點，與所含鹽度密切相關。比如含有鹽水泡的海冰就不如純水冰密結與質硬，其抗壓強度比純水冰低，約為純水冰的3／4大小，而多年冰的鹽分經過排析后降低了鹽度，使其強度和剛度又比單年冰高。內波是如何產生的？內波波速和波幅與表面波相比如何？內波：發(fā)生在海洋內部不同密度層間的波動就稱為海洋內波(InternalWave)。上層與下層因溫度、含鹽量差別致使密度不同，當上層與下層之間的界面受到擾動就形成內波。

最簡單的一種內波形式是發(fā)生在不同海水密度的海水界面處，稱之為界面內波。由于二層海水的密度相差不大，內波的恢復力也就比表面重力波的恢復力小許多，內波波速比表面波波速也小許多，但內波振幅卻很大。內波的破壞力，主要是產生內波的躍層上下，會形成兩支流向正相反的內波流。這種內波流速可高達1.5米／秒，猶如剪刀一般，破壞力極大。加拿大戴維斯海峽深水區(qū)的一座石油鉆探平臺，就曾遭內波襲擊而不得不中斷作業(yè)。海底輸油管和電纜等的斷裂很可能與這種作用有關。

第三章線性波浪對浮式結構物的誘導運動和載荷1、按照規(guī)則波中浮體搖蕩運動和流動線性化定解條件，浮體周圍的波動由入射波和擾動波組成，擾動勢包括哪兩個分量？擾動速度勢滿足的定解條件包括哪些？由問題的線性性質可將擾動勢分解為二個分量：物體不動由入射波產生的繞射勢；沒有入射波時由物體運動產生的輻射勢。在浮體平均濕表面滿足線性化不可穿透條件、船體上的滑移條件、船體上的不可穿透條件。2、自由浮體在規(guī)則波中受到的線性波浪水動力包括哪兩類？兩部分水動力載荷：其中一部分來自于入射波浪和繞射波浪力，合稱為波浪力。另一部分來自于船體在靜水中搖蕩運動引起的流體反作用力載荷稱之為輻射力。3、結構物受到的線性波浪力分析模型如何？浮體約束不動時首入射波作用浮體受到的水動壓力分為哪兩部分？這兩部分水動壓力產生的水動力載荷貢獻包括哪些？結構物上的波激力和力矩是當物體搖蕩被約束并出現入射波時所受的載荷。可以將非定常的流體壓力分為兩部分。一部分是由未受擾動的波引起的非定常壓力，由此未受擾動的壓力場產生的力稱為Froude-Kriloff力。另外必定還存在一個因為結構物改變了此壓力場而產生的力，這個力稱為繞射力。貢獻：Froude-Kriloff力產生非定常壓力、繞射力改變了壓力場4、浮體在靜水中簡諧搖蕩運動時受到的線性穩(wěn)態(tài)流體載荷包括哪兩類？其中的輻射水動力載荷是如何得到的，分為哪兩類水動力？來自于船體在靜水中搖蕩運動引起的流體反作用力載荷稱之為輻射力。附連質量和阻尼載荷是剛體強迫簡諧運動的穩(wěn)態(tài)水動力和力矩。沒有入射波，然而物體的強迫運動興起了向外擴散的波浪，并在物面上產生振蕩的流體壓力。對物面上的流體壓力進行積分得到物體上的力和力矩。5、對于三維自由浮體，共有36個附加質量和36興波阻尼系數。假設浮體在垂蕩方向上做微幅簡諧搖蕩運動，其搖蕩位移表示為，那么浮體受到的水動力在方向上如何表示？6、浮體在靜水中簡諧搖蕩運動時還受到靜水恢復力作用，線性靜水恢復力一般是如何表示的？垂蕩方向和橫搖、縱搖運動的靜水恢復力系數如何表示？常將靜水壓力-pgz產生的船體作用力和由重心位置變化產生的船體作用力合在一起考慮。當浮體無約束自由漂浮時，將力和力矩分量寫為：

7、了解浮體受到的線性運動搖蕩方程的一般表達形式，了解其中各項的表達含義？8、估算平臺或者船舶運動的幅值時，固有或諧搖周期、阻尼等級和波浪激勵等級都是非常重要的參數。不耦合且無阻尼影響的諧搖周期是如何表達的？如不考慮系泊纜索恢復力，自由浮體垂蕩運動固有周期按此是如何表達的？估算平臺或者船舶運動的幅值時，固有或諧搖周期、阻尼等級和波浪激勵等級都是非常重要的參數。因為如果結構物受到的激勵搖蕩周期在諧搖周期附近，就容易發(fā)生相對較大的運動。然而，如果阻尼較大或激勵等級由于抵消效應而相對較小，諧搖周期的響應與其他周期的響應就很難區(qū)分。

不耦合且無阻尼影響的諧搖周期可以寫為對半潛平臺或船舶而言，或者其他類型的自由漂浮物體，垂蕩的固有周期可以寫成：9、一般來說，駁船、FPSO和其它船舶的升沉、橫搖和縱搖固有周期在波浪周期范圍內。當波浪的某一周期與其固有周期相同時，發(fā)生共振響應。其幅值取決于系統的阻尼率。對于常規(guī)排水式船的縱搖和升沉運動，何種阻尼是最重要的？輻射阻尼是重要的，它所產生的作用與粘性效應帶來的阻尼相比占主導作用。10、在Froude數或前進速度為0時，船舶橫搖的阻尼來自哪些因素？在高Froude數時，船體及舵的何種作用是很重要的。在Froude數或前進速度為0時，船舶橫搖的阻尼來自興波、黏性作用和減搖裝置。在高Froude數時，船體及舵的升力作用是很重要的。黏性效應可以分為表面摩擦效應以及由船體周圍的壓力分布引起的黏性效應。后一項效應經常與旋渦形成聯系在一起，因此在文獻中也稱為造渦阻尼。11、海洋結構中的浮體，如船體，半潛式平臺的浮箱、立柱等，常為長度較其橫剖面尺寸大得多的結構。對于這類細長構件常采用切片理論計算浮體受到的線性水動力，其近似的合理性如何？海洋結構中的浮體，如船體，半潛式平臺的浮箱、立柱等，常為長度較其橫剖面尺寸大得多的結構。對于這類細長構件，當波浪經過并引起浮體運動時，附近流體將主要垂直于浮體軸線的平面內流動，因此可將作用在整個浮體上的流體動力由各個橫剖面“切片”上的流體動力疊加得到，這便是工程上常用的切片法。12、已知零航速靜水中二維柱體剖面微幅搖蕩的附加質量系數和興波阻尼系數，用切片理論思想預報獲得整個柱體的垂蕩和縱搖輻射水動力系數。*13、在長波近似下，掌握作用在浸沒水下的水平或垂直圓柱體結構勢流波浪力有哪兩部分組成？假設柱體直徑為，其表達形式如何？由此說明柱體慣性水動力的由來。（可能是計算題，看課件）*14、在長波近似下，將柱體受到的波浪力計算公式推廣到小體積結構物，波浪力公式可以表示為如下形式：，了解該公式中各個變量的含義。如果物體完全浸沒于水下，公式中的第一項又可做何種近似。（也可能是計算題，看課件）式中：p是未受擾動波浪場的壓強；n是物面法向單位向量，指向流場為正；積分是沿物體平均濕表面。此外，a1,a2,a3是未受擾動流場沿x,y,z軸的加速度分量，并且是在物體的幾何中心估算的。如果物體完全浸入水中，并相對于波長來說較小，而且整個物體表面是濕的，那么可以認為：*15、基于長波近似，了解TLP平臺作用在浮筒上的垂向波浪力計算過程。16、掌握長方盒形浮體駁船在長波規(guī)則波中運動響應計算過程的練習。17、了解長波橫浪規(guī)則波中半潛式平臺垂蕩運動幅值響應曲線特征，了解垂蕩運動峰值和垂蕩響應零點存在的原因，了解影響半潛式平臺垂蕩運動的有關因素。由平臺垂蕩運動方程可得：18、船舶橫搖可成為一個問題，它的幅值會達到30-400。大角度橫搖使船員難以工作。因而很多船舶上裝備了橫搖減搖裝置以避免強烈的橫搖諧搖效應。目前世界上廣泛采用的減搖裝置包括哪些？其中減搖效果最好的是？舭龍骨、減搖水艙和減搖鰭。減搖鰭的減搖效果最佳。19、掌握三維和二維無限流場中單位源強速度勢表達形式。無界流場中二維柱體搖蕩運動流場勢如何用分布源積分方程表示？對積分表達式做簡單解釋。為求解出分布源積分方程中物面分布源強度，還需要補充何種物面條件邊界條件？定義二維點源的源強m，則

定義三維點源的源強為ｍ，則無限流體中的一個圓柱體物體表面分布源速度勢：20、采用考慮波浪效應的源匯分布法求解自由漂浮浮體的水動力，二維或三維興波點源速度勢除滿足拉普拉斯方程外，還需滿足何種邊界條件。（課件上3.114至3.117分別對應自由液面、物面邊界、底部邊界、輻射條件）第四章浮式