港池多向造波机控制系统研究及应用
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摘要
目前,波浪模型试验广泛应用于涉及到波浪问题的海岸和海洋工程问题的研究领域。利用实验室多向造波机造波来模拟实际状况下的波浪,为工程设计和科学试验提供可靠的试验数据具有重要的意义。
本文以天津大学港口海岸及近海工程实验室60×40×1.2米港池多向造波机为对象,基于MFC创建单文档作为用户主界面,进行界面程序的编写,应用VC++编程语言按照不同界面的参数要求,设定公共变量,编写不同的实现函数,进而实现时序列算法程序,开发出上位机控制程序的软件。此软件能够模拟产生各种形式的波浪,包括不同波浪要素的规则波;用不同谱型模拟单向不规则波,还可以进行不同方向函数选择的多向不规则波模拟;非线性波(椭圆余弦波、孤立波)的模拟、由不同波群因子产生的波群的模拟;设计用CSocket类进行数据通信,选择CSocketFile类和CArchive类制作数据的传输过程,设定变量作为网络命令,实现了上位机与下位机的网络通信,可以进行数据的传输,网络监视造波机的运行状况;对采集的数据进行统计分析。
本文对造波机造波性能方面也做了测定,针对各种条件下造波实验,分别进行规则波品质分析,不规则波的实测谱型与目标谱型的对比分析。依据现有条件测试不同水深的最大造波极限、分析得到适合造波周期范围。
最后将所开发造波控制软件成功应用到威海船厂搬迁整体波浪模型实验研究中,进行了不同水位,斜向规则波和单向不规则波造波试验和波浪数据采集,根据实验结果,提供了防波堤修改方案。
At present, wave model tests are widely used in the coastal and marine engineering research. Wave simulation in laboratory can provide reliable test data. It plays an important role in the engineering design and scientific experiments.
Based on the multi-directional wave maker in Tianjin University Marine and Offshore Engineering Laboratory, its wave basin is 60m in length,40m in width.1.2m in depth, Visual C++ is used as the development platform, The main user interface is created by single document file based on MFC. In accordance with the parameters of different interfaces, public variables are set and different functions are complied, and the sequence algorithm procedures are realized. This software can simulate various forms of waves, including regular waves with different parameters, irregular waves are simulated by various spectrums, and the directional function can be chosen. The software also can simulate wave groups by different group factors and non-linear waves. CSocket class is used in data communication, CSocketFile class and CArchive class are chosen to realize the process while setting variables as the network order. Network communications and data transmission between host computer and two lower computers can be implemented. The wave maker’s operating states can be observed by network. Acquisition data can be for statistics. The software also can be used in spectrum analysis and direction analysis.
Some performance tests about the wave maker have been done. Regular wave qualities are evaluated. Real spectrums and ideal spectrums are compared to get the errors of irregular waves. The ranges of max wave heights and wave periods are got in different water depths under the existing conditions.
By the 3D wave model test of Wei Hai shipyards relocation, wave tests are made and wave data are acquired in different water levels, including oblique regular wave and irregular wave. Based on the experimental acquired data, some suggestions are given on the breakwater project.
本文以天津大学港口海岸及近海工程实验室60×40×1.2米港池多向造波机为对象,基于MFC创建单文档作为用户主界面,进行界面程序的编写,应用VC++编程语言按照不同界面的参数要求,设定公共变量,编写不同的实现函数,进而实现时序列算法程序,开发出上位机控制程序的软件。此软件能够模拟产生各种形式的波浪,包括不同波浪要素的规则波;用不同谱型模拟单向不规则波,还可以进行不同方向函数选择的多向不规则波模拟;非线性波(椭圆余弦波、孤立波)的模拟、由不同波群因子产生的波群的模拟;设计用CSocket类进行数据通信,选择CSocketFile类和CArchive类制作数据的传输过程,设定变量作为网络命令,实现了上位机与下位机的网络通信,可以进行数据的传输,网络监视造波机的运行状况;对采集的数据进行统计分析。
本文对造波机造波性能方面也做了测定,针对各种条件下造波实验,分别进行规则波品质分析,不规则波的实测谱型与目标谱型的对比分析。依据现有条件测试不同水深的最大造波极限、分析得到适合造波周期范围。
最后将所开发造波控制软件成功应用到威海船厂搬迁整体波浪模型实验研究中,进行了不同水位,斜向规则波和单向不规则波造波试验和波浪数据采集,根据实验结果,提供了防波堤修改方案。
At present, wave model tests are widely used in the coastal and marine engineering research. Wave simulation in laboratory can provide reliable test data. It plays an important role in the engineering design and scientific experiments.
Based on the multi-directional wave maker in Tianjin University Marine and Offshore Engineering Laboratory, its wave basin is 60m in length,40m in width.1.2m in depth, Visual C++ is used as the development platform, The main user interface is created by single document file based on MFC. In accordance with the parameters of different interfaces, public variables are set and different functions are complied, and the sequence algorithm procedures are realized. This software can simulate various forms of waves, including regular waves with different parameters, irregular waves are simulated by various spectrums, and the directional function can be chosen. The software also can simulate wave groups by different group factors and non-linear waves. CSocket class is used in data communication, CSocketFile class and CArchive class are chosen to realize the process while setting variables as the network order. Network communications and data transmission between host computer and two lower computers can be implemented. The wave maker’s operating states can be observed by network. Acquisition data can be for statistics. The software also can be used in spectrum analysis and direction analysis.
Some performance tests about the wave maker have been done. Regular wave qualities are evaluated. Real spectrums and ideal spectrums are compared to get the errors of irregular waves. The ranges of max wave heights and wave periods are got in different water depths under the existing conditions.
By the 3D wave model test of Wei Hai shipyards relocation, wave tests are made and wave data are acquired in different water levels, including oblique regular wave and irregular wave. Based on the experimental acquired data, some suggestions are given on the breakwater project.
引文
[1]大连工学院海洋工程研究所海动研究室,不规则波造波机系统,大连工学院,1986.
[2]陈伯海,吕宏民,波浪水槽随机波的模拟,青岛海洋大学学报,1998,28(2):179~184
[3] Salter, S.H.吸收式造波机和宽式波浪槽(高恒庆译),海岸工程,1996,15(4):67~75
[4]杨森华,国外耐波性水池简介,海洋工程实验设备论文集,1996
[5]左其华,杨正已,实验室波浪模拟的若干问题,南京水利科学研究院水利水运科学研究,1993
[6]周家宝,张馥桂,实验室内造波技术和造波设备讨论,1988
[7]吴宋仁,海岸动力学,北京:人民交通出版社,2000,10~35
[8]文圣常,宇宙文,海浪理论与计算原理。北京:科学出版社,1984
[9]薛鸿超等,海岸动力学,北京:人民交通出版社,1980
[10]严恺,梁其荀,海岸工程,北京:海洋出版社,2002
[11]俞聿修,随机波浪及其工程应用,大连:大连理工大学出版社,2000
[12]肖波,邱大洪,俞聿修,实验室中椭圆余弦波的产生,海洋学报,第13第1期,1991年1月
[13]付昱华,有效波高、平均周期和峰频率确定的JONSWAP谱,北京:中国海上油气(工程),第6卷第1期,1994年2月
[14]俞聿修,柳淑学,多向随即波的实验室模拟,海洋工程,第11卷第1期,1993年2月
[15]李木国,柳淑学,张群等蛇形多向不规则波造波机波浪产生方法及特性,大连:大连理工大学学报,第43卷第3期,2003年5月
[16]俞聿修,桂满海,波群的数值模拟和物理模拟,大连:大连理工大学学报,第38卷第3期,1998年1月
[17]水论坛,数值模拟,http://www.cjk3d.net/
[18] Li L P and Huang P J. On the spectrum width of wind waves .China Ocean Engineering, 2001, 15(2) :301-308
[19] Glazman R E. Statistical characterization of sea surface geometry for a wave slope field discontinuous in the mean square .J. Geophys. Res, 1986, 91(5) :6629-6641 .
[20]于定勇,陈正寿,柳枝,海浪资料的离散平滑方法[A]第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集[C], 2005
[21]金乃高,液压伺服多向不规则波造波机系统的设计与实现,硕士论文,大连理工大学,2002
[22]孙鑫,余安萍,VC++深入详解,电子工业出版社,2006年
[23]钱能,c++程序设计教程,北京:清华大学出版社,1994年
[24]李木国,金乃高,王静,张群,计算机技术在方向谱造波机控制软件中的应用,大连理工大学,2001年10月
[25]王静,张群,李木国,基于网络控制的方向谱造波机系统,大连理工大学,2007年6月
[26]路宽,实验室水槽造波控制系统的开发,硕士论文,天津大学,2006
[27]曹衍龙,刘海英,Visual C++网络通信编程使用案例精选,人民邮电出版社,2006
[28]刘月琴,尹尚先,实验室造波机设备及波浪模拟技术的探讨,华南理工大学学报(自然科学版),第28卷第6期,2000年6月
[29]吴宋仁,陈永宽,港口及航道工程模型试验[M],北京:人民交通出版社,1993
[30]刘海英,Visual C++网络通信编程使用案例精选,人民邮电出版社,2006
[31]乔树良,贺辉华,港工模型试验数据处理及分析,南京水利科学研究院,1986
[32]俞聿修,柳淑学,港口整体模型的多向不规则波试验研究,大连理工大学,1994
[33]中华人民共和国交通部,波浪模型试验规程,人民交通出版社,1988
[2]陈伯海,吕宏民,波浪水槽随机波的模拟,青岛海洋大学学报,1998,28(2):179~184
[3] Salter, S.H.吸收式造波机和宽式波浪槽(高恒庆译),海岸工程,1996,15(4):67~75
[4]杨森华,国外耐波性水池简介,海洋工程实验设备论文集,1996
[5]左其华,杨正已,实验室波浪模拟的若干问题,南京水利科学研究院水利水运科学研究,1993
[6]周家宝,张馥桂,实验室内造波技术和造波设备讨论,1988
[7]吴宋仁,海岸动力学,北京:人民交通出版社,2000,10~35
[8]文圣常,宇宙文,海浪理论与计算原理。北京:科学出版社,1984
[9]薛鸿超等,海岸动力学,北京:人民交通出版社,1980
[10]严恺,梁其荀,海岸工程,北京:海洋出版社,2002
[11]俞聿修,随机波浪及其工程应用,大连:大连理工大学出版社,2000
[12]肖波,邱大洪,俞聿修,实验室中椭圆余弦波的产生,海洋学报,第13第1期,1991年1月
[13]付昱华,有效波高、平均周期和峰频率确定的JONSWAP谱,北京:中国海上油气(工程),第6卷第1期,1994年2月
[14]俞聿修,柳淑学,多向随即波的实验室模拟,海洋工程,第11卷第1期,1993年2月
[15]李木国,柳淑学,张群等蛇形多向不规则波造波机波浪产生方法及特性,大连:大连理工大学学报,第43卷第3期,2003年5月
[16]俞聿修,桂满海,波群的数值模拟和物理模拟,大连:大连理工大学学报,第38卷第3期,1998年1月
[17]水论坛,数值模拟,http://www.cjk3d.net/
[18] Li L P and Huang P J. On the spectrum width of wind waves .China Ocean Engineering, 2001, 15(2) :301-308
[19] Glazman R E. Statistical characterization of sea surface geometry for a wave slope field discontinuous in the mean square .J. Geophys. Res, 1986, 91(5) :6629-6641 .
[20]于定勇,陈正寿,柳枝,海浪资料的离散平滑方法[A]第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集[C], 2005
[21]金乃高,液压伺服多向不规则波造波机系统的设计与实现,硕士论文,大连理工大学,2002
[22]孙鑫,余安萍,VC++深入详解,电子工业出版社,2006年
[23]钱能,c++程序设计教程,北京:清华大学出版社,1994年
[24]李木国,金乃高,王静,张群,计算机技术在方向谱造波机控制软件中的应用,大连理工大学,2001年10月
[25]王静,张群,李木国,基于网络控制的方向谱造波机系统,大连理工大学,2007年6月
[26]路宽,实验室水槽造波控制系统的开发,硕士论文,天津大学,2006
[27]曹衍龙,刘海英,Visual C++网络通信编程使用案例精选,人民邮电出版社,2006
[28]刘月琴,尹尚先,实验室造波机设备及波浪模拟技术的探讨,华南理工大学学报(自然科学版),第28卷第6期,2000年6月
[29]吴宋仁,陈永宽,港口及航道工程模型试验[M],北京:人民交通出版社,1993
[30]刘海英,Visual C++网络通信编程使用案例精选,人民邮电出版社,2006
[31]乔树良,贺辉华,港工模型试验数据处理及分析,南京水利科学研究院,1986
[32]俞聿修,柳淑学,港口整体模型的多向不规则波试验研究,大连理工大学,1994
[33]中华人民共和国交通部,波浪模型试验规程,人民交通出版社,1988