hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-1118Research ArticleВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ, ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫINTERACTION OF MARINE OBJECTS*, OCEAN‏ AND ‏ATMOSPHEREИсследование взаимодействия длинных морских волн с сооружениями, защищенными вертикальными экранамиInvestigations ofthe long marine waves interaction with the structures protected bу the vertical barriersНуднерИ. С.NudnerI. S.

г. Санкт-Петербург

St. Petersburg

СеменовК. К.SemenovК. К.

г. Санкт-Петербург

St. Petersburg

ХакимзяновГ. С.KhakimzyanovG. S.

г. Новосибирск

Novosibirsk

ШокинаН. Ю.ShokinaN. Yu.

г. Новосибирск

Novosibirsk

23 ГМПИ-филиал АО «31 ГПИСС»; Балтийский государственный технический университет «Военмех»Россия23 State Marine Design Institute - Branch of «31 State Design Institute of Special Constmctiom>; Baltic State Technical UniversityRussian Federation23 ГМПИ-филиал АО «31 ГПИСС»; Санкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссия23 State Marine Design Institute - Branch of «31 State Design Institute of Special Constmctiom>; Peter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian FederationИнститут вычислительных технологий СО РАНРоссияInstitute of Computational TechnologiesRussian Federation2017291120221043143Copyright © Нуднер И.С., Семенов К.К., Хакимзянов Г.С., Шокина Н.Ю., 20222022Нуднер И.С., Семенов К.К., Хакимзянов Г.С., Шокина Н.Ю.Nudner I.S., Semenov К.К., Khakimzyanov G.S., Shokina N.Y.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1118

Для уменьшения волновых нагрузок на плавучие морские сооружения (платформы и понтоны) в настоящее время используют защитные экраны, частично или полностью непроницаемые. Настоящая работа посвящена изучению взаимодействия длинных морских волн с конструкциями, образованными защищаемым сооружением и защитным экраном и расположенными над пологим откосом. В работе представлены результаты экспериментальных и численных исследований величин заплескав и силовых воздействий на полупогруженное тело вшироком диапазоне высот набегающих волн для разных типов экрана, разных отношений осадки тела и местной глубины, расстояний между экраном и телом и для других характеристик. Опытные исследования проводились в гидроволновой лаборатории в лотке с установленным в нем стационарным вакуумным волнопродуктором для создания волн типа цунами. Для численных исследований использовались нелинейная модель течений несжимаемой жидкости и пошаговый алгоритм расчета на подвижных сетках, адаптирующихся к подвижной свободной границе и имеющих сгущения в окрестности исследуемых сооружений. Генерация волн выполнялась численным волнопродуктором, моделирующим реальный вакуумный волнопродуктор экспериментальной установки. В статье определены значения параметров конструкции, при которых защитный экран уменьшает величины заплескав и силовых воздействий на плавучее тело.

То reduce the wave loads on floating marine stmctures (like platforms and pontoons), at present, protective barriers are used that are partially or completely impermeaЫe. This work is dedicated to the study ofthe interaction between long sea waves with constmctures f ormed bу а protected stmcture and а protective barrier that are located above а shallow slope. The paper presents the results of experimental and numerical investigations of runup values and force impacts on а semi-submerged body over а wide range of incident wave heights for different barriers types, for different ratios between body draft and local depths, for the different distances between the barrier and the body and for other characterisitcs. Experimental studies were performed in а hydrowave laboratory in а flume with an installed vacuum wavemaker that creates tsunami-type waves. For nшnerical studies, we used the nonlinear model of incompressiЫe fluid flows and а step-by-step computational algorithm using the moving grids that adapt to а moЬile free boundary and condense near the structures under study. Wave generation was perf ormed bу а numerical wavemaker that simulates а real vacuum wavemaker of an experimental setup. The paper presents the values of design parameters that allow the protective barrier to reduce the wave mnup values and force impacts on the floating body.

волна цунамичастично погруженное сооружениезащитный экранзаплескгидроволновое давлениелабораторный экспериментчисленное моделированиерезультаты измерений.tsunami wavespartially submerged stmctureprotective meansmnuphydrodynamical pressurelaboratory studiesnumerical modelingmeasurement resultsReferencesThusyanthan N 1., Modoni А., Hakin R., Madabhushi S. Р G. Model study of tsunami wave loading on coastal structures // Proc. 1st Sri Lankan Geotechnical Society (SLGS) Intemational Conference on Soil and Rock Engineering. 2007. Р. 5-11.Thusyanthan N 1., Modoni А., Hakin R., Madabhushi S. Р G. Model study of tsunami wave loading on coastal structures // Proc. 1st Sri Lankan Geotechnical Society (SLGS) Intemational Conference on Soil and Rock Engineering. 2007. Р. 5-11.Кihara N, Niida У, Takabatake D., Kaida Н., Shibayama А., Miyagawa У Large-scale experiments on tsunami-induced pressure on а vertical tide wall // Coastal Engineering. 2015. V 99. Р. 46----63.Кihara N, Niida У, Takabatake D., Kaida Н., Shibayama А., Miyagawa У Large-scale experiments on tsunami-induced pressure on а vertical tide wall // Coastal Engineering. 2015. V 99. Р. 46----63.Камынин Е. Ю., Нуднер И. С., Максимов В. В., Ревякин А. Ю., Бабчик Д В. Определение воmюзащиmых характеристик частично проющаемых конструкций мола// Тр. IX Всероссийской конфере~щии «Прикла,цные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2008. С. 469-473.Камынин Е. Ю., Нуднер И. С., Максимов В. В., Ревякин А. Ю., Бабчик Д В. Определение воmюзащиmых характеристик частично проющаемых конструкций мола// Тр. IX Всероссийской конфере~щии «Прикла,цные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2008. С. 469-473.Манойлин С. В., Максимов В. В., НуднерИ. С. Взаимодействие одиночной воmIЫ с преградами сложной конфигурации// Тр. IX Всероссийской конфереIЩИИ «Прикла,цные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2008. С. 441--443.Манойлин С. В., Максимов В. В., НуднерИ. С. Взаимодействие одиночной воmIЫ с преградами сложной конфигурации// Тр. IX Всероссийской конфереIЩИИ «Прикла,цные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2008. С. 441--443.БабчикД В., Максимов В. В., Нуднер И. С., СеJ~Аёнов К. К., Хакимзянов ГС. Численное и экспериментальное исследование взаимодействия периодических волн с откосным сооружением сложного профиля // Тр. XI Всероссийской конференции «Приклад;ные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб: Наука, 2012. С. 198-200.БабчикД В., Максимов В. В., Нуднер И. С., СеJ~Аёнов К. К., Хакимзянов ГС. Численное и экспериментальное исследование взаимодействия периодических волн с откосным сооружением сложного профиля // Тр. XI Всероссийской конференции «Приклад;ные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб: Наука, 2012. С. 198-200.PalermoD., Nistor 1., Nouri У, ComettA. Tsunami loading ofnear-shoreline structures: а primer // Can. J. Civ. Eng. 2009. V 36. Р. 1804-1815.PalermoD., Nistor 1., Nouri У, ComettA. Tsunami loading ofnear-shoreline structures: а primer // Can. J. Civ. Eng. 2009. V 36. Р. 1804-1815.Nouri У, Nistor 1., Palermo D., Comett А. Experimental investigation of tsunami impact on free standing structures // Coastal Engineering. 2010. V 52, N. 1. Р. 43-70.Nouri У, Nistor 1., Palermo D., Comett А. Experimental investigation of tsunami impact on free standing structures // Coastal Engineering. 2010. V 52, N. 1. Р. 43-70.Nistor 1., Palermo D., Nouri У, Murty Т, Saatcioglu М. Tsunami-induced forces on structures // Handbook of Coastal and Ocean Engineering. 2009. Р. 261-286.Nistor 1., Palermo D., Nouri У, Murty Т, Saatcioglu М. Tsunami-induced forces on structures // Handbook of Coastal and Ocean Engineering. 2009. Р. 261-286.Камынин Е. Ю., Максимов В. В., Нуднер И. С., Семёнов К. К., Хакимзянов Г С. Исследование взаимодействия уединенной волны с частично погруже1rnым неподвижным сооружением// Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2010. № 4 (10). С. 39-54.Камынин Е. Ю., Максимов В. В., Нуднер И. С., Семёнов К. К., Хакимзянов Г С. Исследование взаимодействия уединенной волны с частично погруже1rnым неподвижным сооружением// Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2010. № 4 (10). С. 39-54.Кее S.-T Floating pontoon-membrane breakwater // J. Ocean Science Technology. 2004. V 1, N. 1. Р. 49-57.Кее S.-T Floating pontoon-membrane breakwater // J. Ocean Science Technology. 2004. V 1, N. 1. Р. 49-57.lsaacson М., Baldwin J., Allyn N, Cowdell S. Wave interactions with perforated breakwater // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engrg. 2000. V 126, N. 5. Р. 229-235.lsaacson М., Baldwin J., Allyn N, Cowdell S. Wave interactions with perforated breakwater // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engrg. 2000. V 126, N. 5. Р. 229-235.Ramsden J. D. Tsunamis: forces on а vertical wall caused Ьу long waves, bores, and surges on а dry bed. PhD thesis. Califomia Institute ofTechnology. 1993.Ramsden J. D. Tsunamis: forces on а vertical wall caused Ьу long waves, bores, and surges on а dry bed. PhD thesis. Califomia Institute ofTechnology. 1993.Wu У Т, Hsiao S. С. Propagation of solitary waves over а submerged permeaЫe breakwater // Coastal Engineering. 2013. V 81. Р. 1-18.Wu У Т, Hsiao S. С. Propagation of solitary waves over а submerged permeaЫe breakwater // Coastal Engineering. 2013. V 81. Р. 1-18.Silva R., Losada 1. J., Losada М. А. Reflection and transmission of tsunami waves Ьу coastal structures // Appl. Ocean Res. 2000. V 22, N. 4. Р. 215-223.Silva R., Losada 1. J., Losada М. А. Reflection and transmission of tsunami waves Ьу coastal structures // Appl. Ocean Res. 2000. V 22, N. 4. Р. 215-223.Lin Р А numerical study of solitary wave interaction with rectangular obstacles // Coastal Engineering. 2004. V. 51. Р. 35-51.Lin Р А numerical study of solitary wave interaction with rectangular obstacles // Coastal Engineering. 2004. V. 51. Р. 35-51.Takikawa К., Yamada F, Sato К., Furuta Н. Numerical analysis of finite amplitude motion of waves and а moored floating body under severe storm conditions // Int. J. Numer. Methods Fluids. 1995. V 21, N. 4. Р. 295-310.Takikawa К., Yamada F, Sato К., Furuta Н. Numerical analysis of finite amplitude motion of waves and а moored floating body under severe storm conditions // Int. J. Numer. Methods Fluids. 1995. V 21, N. 4. Р. 295-310.Yeung R. W., Wu Ghun-Fa. Nonlinearwave-body motion in а closed domain // J. Comput. Fluids. 1989. V 17, N. 2. Р. 351-370.Yeung R. W., Wu Ghun-Fa. Nonlinearwave-body motion in а closed domain // J. Comput. Fluids. 1989. V 17, N. 2. Р. 351-370.Nomura Т, Hughes Т J. R. An arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element method for interaction of fluid and а rigid body // Comput. MethodsAppl. Mech. Eng. 1992. V 95, N. 1. Р. 115-138.Nomura Т, Hughes Т J. R. An arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element method for interaction of fluid and а rigid body // Comput. MethodsAppl. Mech. Eng. 1992. V 95, N. 1. Р. 115-138.Teles da Silva А. F, Peregrine D. Н. Nonlinear perturbations on а free surface induced Ьу а submerged body: а boundary integral approach // Engineering Analysis with Boundary Elements. 1990. V 7, N. 4. Р. 214-222.Teles da Silva А. F, Peregrine D. Н. Nonlinear perturbations on а free surface induced Ьу а submerged body: а boundary integral approach // Engineering Analysis with Boundary Elements. 1990. V 7, N. 4. Р. 214-222.XiaoFeng. А computational model for suspended large rigid bodies in 3D unsteady viscous flows // J. Comput. Phys. 1999. V 155, N. 2. Р. 348-379.XiaoFeng. А computational model for suspended large rigid bodies in 3D unsteady viscous flows // J. Comput. Phys. 1999. V 155, N. 2. Р. 348-379.Liu Р L.-F, Abbaspour М. Wave scattering Ьу а rigid thin barrier // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engrg. 1982. V 108, N. 4. Р. 479--491.Liu Р L.-F, Abbaspour М. Wave scattering Ьу а rigid thin barrier // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engrg. 1982. V 108, N. 4. Р. 479--491.Losada 1. J., Losada М. А., Roldan А. J. Propagation of oЫique incident waves past rigid vertical thin barriers // Appl. Ocean Res. 1992. V 14.P.191-199.Losada 1. J., Losada М. А., Roldan А. J. Propagation of oЫique incident waves past rigid vertical thin barriers // Appl. Ocean Res. 1992. V 14.P.191-199.Abul-Azm А. G. Wave diffraction through submerged breakwaters // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engrg. 1993. V 119, N. 6. Р. 587-605.Abul-Azm А. G. Wave diffraction through submerged breakwaters // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engrg. 1993. V 119, N. 6. Р. 587-605.Porter R., Evans D. V Complementary approximations to wave scattering Ьу vertical barriers // J. Fluid Mech. 1995. V. 294. Р. 155-180.Porter R., Evans D. V Complementary approximations to wave scattering Ьу vertical barriers // J. Fluid Mech. 1995. V. 294. Р. 155-180.Liu Р L.-F, Al-Banaa К. Solitary wave runup and force on а vertical barrier // J. Fluid Mech. 2004. V. 505. Р. 225-233.Liu Р L.-F, Al-Banaa К. Solitary wave runup and force on а vertical barrier // J. Fluid Mech. 2004. V. 505. Р. 225-233.Камынин Е. Ю., Макси.мое В. В., Нуднер И. С., Семёнов К. К., Хакимзянов ГС. Взаимодействие поверхностных волн с частично заrлублеmшм экраном// Zbomic radova konferencije МIТ 2011. Belgrad, 2012. Р. 180-185.Камынин Е. Ю., Макси.мое В. В., Нуднер И. С., Семёнов К. К., Хакимзянов ГС. Взаимодействие поверхностных волн с частично заrлублеmшм экраном// Zbomic radova konferencije МIТ 2011. Belgrad, 2012. Р. 180-185.Yu Х Diffraction ofwater waves Ьу porous breakwaters // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engrg. 1995. V 121, N. 6. Р. 275-282.Yu Х Diffraction ofwater waves Ьу porous breakwaters // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engrg. 1995. V 121, N. 6. Р. 275-282.Lee М. М, Chwang А. Т. Scattering and radiation of water waves Ьу permeaЫe baпiers // Physics Fluids. 2000. V. 12, N. 1. Р. 54-65.Lee М. М, Chwang А. Т. Scattering and radiation of water waves Ьу permeaЫe baпiers // Physics Fluids. 2000. V. 12, N. 1. Р. 54-65.Liu Р L.-F, Lin Р, Chang К.-А., Sakakiyama Т. Numerical modeling of wave interaction with porous structures // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engng. 1999. V. 125, N. 6. Р. 322-330.Liu Р L.-F, Lin Р, Chang К.-А., Sakakiyama Т. Numerical modeling of wave interaction with porous structures // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engng. 1999. V. 125, N. 6. Р. 322-330.Yang Н. Т., Huang L. Н., Hwang W S. Тhе interference of а semi-submerged obstacle on the porous breakwater // Appl. Ocean Res. 1997. V. 19, N. 5-6. Р. 263-273.Yang Н. Т., Huang L. Н., Hwang W S. Тhе interference of а semi-submerged obstacle on the porous breakwater // Appl. Ocean Res. 1997. V. 19, N. 5-6. Р. 263-273.Афанасьев К. Е., Макси.мое В. В., НуднерИ. С., Семенов К. К., Стуколов С. В. Численное моделирование рабоп,1 оm,пового волнопродуктора одиночm,rх воJПI // Тр. XI Всероссийской конференции «Прикладт,1е технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб: Наука, 2012. С. 201-203.Афанасьев К. Е., Макси.мое В. В., НуднерИ. С., Семенов К. К., Стуколов С. В. Численное моделирование рабоп,1 оm,пового волнопродуктора одиночm,rх воJПI // Тр. XI Всероссийской конференции «Прикладт,1е технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб: Наука, 2012. С. 201-203.Захаров Ю. Н., Зи.мш-1 А. И., Стуколов С. В., Лебедев В. В., Нуднер И. С., СеJ1Ленов К. К. Численное моделирование рабоп,1 лабораторного волнопродуктора одиночm,rх волн на воде// Сб. тр. Третьей Международной конференции «Полярная механика», Владивосток, 26-29 сентября 2016. С. 954-964.Захаров Ю. Н., Зи.мш-1 А. И., Стуколов С. В., Лебедев В. В., Нуднер И. С., СеJ1Ленов К. К. Численное моделирование рабоп,1 лабораторного волнопродуктора одиночm,rх волн на воде// Сб. тр. Третьей Международной конференции «Полярная механика», Владивосток, 26-29 сентября 2016. С. 954-964.Charvet I. Experimental modelling of long elevated and depressed waves using а new pneumatic wave generator. Doctoral Dissertation. University College London. 2012.Charvet I. Experimental modelling of long elevated and depressed waves using а new pneumatic wave generator. Doctoral Dissertation. University College London. 2012.Хакимзянов ГС., Шокин Ю. И., Барахнин В. Б., Шокина Н. Ю. Численное моделирование течений жидкости с поверхностными волнами. Новосибирск: СО РАН, 2001. 394 с.Хакимзянов ГС., Шокин Ю. И., Барахнин В. Б., Шокина Н. Ю. Численное моделирование течений жидкости с поверхностными волнами. Новосибирск: СО РАН, 2001. 394 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.