申请/专利权人：交通运输部天津水运工程科学研究所

申请日：2017-10-20

公开（公告）日：2020-11-17

公开（公告）号：CN109696292B

主分类号：G01M10/00(20060101)

分类号：G01M10/00(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.17#授权;2019.05.28#实质审查的生效;2019.04.30#公开

摘要：本发明提供了一种水池造波机的波浪模拟方法、装置和造波设备，属于实验室波浪的物理模拟技术领域。本发明提供的水池造波机的波浪模拟方法、装置和造波设备，利用虚拟波浪域与物理波浪域联合即“全域”的办法，通过建立并数值离散两个域之间的完全非线性动边界微分方程，直接求得造波信号。不同于传统的线性解析解方法，该方法完全考虑波浪的非线性，无须在频域内求解复杂的水动力传递函数，有效提高了模拟精度和效率，减少了造波板运动的不协调现象，增加了波浪物理模拟的稳定性和实效性。而且，方法具有普适性、通用性，可适应于传统的单边直线型造波机、L型造波机、矩形造波机、圆形造波机，或者其他更复杂的平面任意形态造波机系统。

主权项：1.一种水池造波机的波浪模拟方法，其特征在于，包括：根据水池造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，确定每块造波板的初始位置；根据造波机的造波板的平面布置形式，以及虚拟波浪域和物理波浪域交接处完全非线性运动方程，建立造波板的运动微分方程，并确定边界条件；根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定虚拟波浪域与物理波浪域交界处的目标波浪信息；所述目标波浪信息包括水深平均速度和波面；根据所述目标波浪信息，通过求解造波板的运动微分方程，得到相应的造波信号；输出所述造波信号，以控制所述造波机进行波浪的物理模拟；根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定虚拟波浪域与物理波浪域交界处的目标波浪信息的步骤，包括：根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定目标波浪的波面表达式；结合所述波面表达式和目标波浪参数，确定目标波浪的水深平均速度表达式；根据所述波面表达式和所述水深平均速度表达式确定所述目标波浪信息。

全文数据：水池造波机的波浪模拟方法、装置和造波设备技术领域本发明涉及实验室波浪的物理模拟技术领域，具体而言，涉及一种水池造波机的波浪模拟方法、装置和造波设备。背景技术在海岸、近海或海洋工程领域，波浪是一种关键的水动力载荷。模拟波浪并研究其对结构物的作用或破坏机理，可帮助人们认识波浪的威胁，以便为科学研究和工程设计提供技术指导。海洋波浪的物理模拟是研究波浪理论的重要方法，也是解决各类波浪相关问题的重要手段。采用造波机在实验室中生成物理波浪是目前研究波浪传播、破碎特性及其与涉海结构物相互作用的一种重要实验方法。实验室中所模拟的海洋波浪的精度将直接影响实验结果的准确性和可信度。目前，实验室造波机在空间维度上一般可分为水槽二维造波机和水池三维造波机。水槽二维造波机按其垂向上造波设备的运动特性一般分为铰接式包括推板式和摇摆式、锤击式、气压式等，二维造波机的主要作用是生成二维波浪。将多块二维造波板排列一定的形状做往复运动，每块板的运动形成一个相位差就组成了三维造波机，通常叫做分段式造波机，造波时各造波板成蛇形运动，故又称“蛇形造波机”，较常见的形式是在四边形水池的其中一条边设置一条直线排列的分段式造波机。实际的海洋波浪具有多方向性、随机性，三维造波机可根据需求在实验室水池中造出具有多个方向的随机波浪，这对于模拟真实的海洋波浪环境及波浪对结构物的复杂作用具有重要的意义。传统单边直线排列分段式三维造波机由于受波浪方向的限制，其有效范围一般比较窄，应用范围受到非常大的限制，如图1所示。为拓展波浪的有效范围，科研人员研制出多边分段式造波机，这些复杂的多边分段式造波机的共同特点是，在平面内不再是简单的一条边造波，而是多边进行甚至是任意曲线形状，所用的造波控制理论也非常复杂。如L型造波机，在其相邻两条边造波单元的交接处，如果进行简单的直角对接，如图2所示，导致在实际的多向三维波浪模拟过程中，出现水池大面积的无效波区，严重影响实验结果的准确性。为保证波浪空间分布的连续性和均匀性，在L型造波机相邻两条边造波单元的交接处，可以设置成“曲线过渡段”，如图3所示。对于该曲线过渡段，或者其他呈曲线形状的造波机，如圆形造波机等，不能采用简单的线性造波原理来计算造波信号。目前这类造波机的造波方程的推导均在半无限物理波浪域假定下进行这里归类于“半域”方法，即在造波板前局部范围推导板的运动方程。这类方法存在较大的技术缺陷：一方面，需要先假定造波信号条件，在势流理论框架下求解半无限域内速度势，得到水动力传递函数解析解，再通过目标波浪输入的波高、周期等参数反求造波机信号，因此该方法只适应于简单平面形态如单边直线型等的可理论得到速度势解析解的造波系统。而对更具工程应用意义、更复杂平面形态的造波系统，比如圆形、抛物线形、S曲线形、含曲线过渡段的L型等，因无法求得半无限域内的速度势解析解，从而无法得到水动力传递函数，造波信号的求解也就无计可施，完全是理论技术空白。另一方面，已有的平面三维造波技术需要大量用到Hankel、Bessel类函数来求解水动力传递函数，存在推导和计算过程异常复杂、繁琐冗长、容易导致造波板运动的不协调等问题。另外，对于L型、矩形、圆形等不同类型造波机，目前还没有形成一套统一普适的造波理论体系。发明内容针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种水池造波机的波浪模拟方法、装置和造波设备。本发明提供的造波机的波浪模拟方法，首次提出了虚拟波浪域与物理波浪域联合的“全域”概念，全域即：包括用于生成波浪的物理波浪域和由所述物理波浪域沿造波边界镜像反向延伸得到的虚拟波浪域。通过建立并数值离散两个域之间的完全非线性动边界微分方程，直接求得造波信号。该办法有效简化了推导计算过程，提高了计算效率，减少了造波板运动过程中的不协调现象。第一方面，本发明实施例提供了一种造波机的波浪模拟方法，包括：根据造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，确定每块造波板的初始位置；根据造波机的造波板的平面布置形式，以及虚拟波浪域和物理波浪域交接处完全非线性运动方程，建立造波板的运动微分方程，并确定边界条件；根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定虚拟波浪域与物理波浪域交界处的目标波浪信息；所述目标波浪信息包括水深平均速度和波面；根据所述目标波浪信息，通过求解造波板的运动微分方程，得到相应的造波信号；输出所述造波信号，以控制所述造波机对进行波浪的物理模拟。结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，根据造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，确定每块造波板的初始位置的步骤，包括：根据造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，选取对应的初始状态方程；根据所述初始状态坐标系和初始状态方程，确定每块造波板的中心位置的坐标，作为每块造波板的初始位置。结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定虚拟波浪域与物理波浪域交界处的目标波浪信息的步骤，包括：根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定目标波浪的波面表达式；结合所述波面表达式和目标波浪参数，确定目标波浪的水深平均速度表达式；根据所述波面表达式和所述水深平均速度表达式确定所述目标波浪信息。结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，根据所述目标波浪信息，通过求解造波板的运动微分方程，得到相应的造波信号的步骤，包括：对所述造波板的运动微分方程进行离散处理，结合设定的初始条件和边界条件，计算得到相应的造波信号。第二方面，本发明实施例还提供了一种水池造波机的波浪模拟装置，包括：初始条件确定模块，用于根据造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，确定每块造波板的初始位置；运动方程建立模块，用于根据造波机的造波板的平面布置形式，以及虚拟波浪域和物理波浪域交接处的完全非线性运动方程，建立造波板的运动微分方程，，并确定边界条件；其中，完全非线性运动方程是预先设定的；波浪信息确定模块，用于根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定虚拟波浪域与物理波浪域交界处的目标波浪信息；所述目标波浪信息包括水深平均速度和波面；造波信号生成模块，用于根据所述目标波浪信息，通过求解造波板的运动微分方程，得到相应的造波信号；造波信号输出模块，用于输出所述造波信号，以控制所述造波机对进行波浪的物理模拟。结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述初始条件确定模块，还用于：根据造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，选取对应的初始状态方程；根据所述初始状态坐标系和初始状态方程，确定每块造波板的中心位置的坐标，作为每块造波板的初始位置。结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述波浪信息确定模块，还用于：根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定目标波浪的波面表达式；结合所述波面表达式和目标波浪参数，确定目标波浪的水深平均速度表达式；根据所述波面表达式和所述水深平均速度表达式确定所述目标波浪信息。结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述造波信号生成模块，还用于：对所述造波板的运动微分方程进行离散处理，结合设定的初始条件和边界条件，计算得到相应的造波信号。第三方面，本发明实施例还提供了一种造波设备，包括相互连接的多块造波板和用于驱动所述造波板运动的驱动电机，所述造波板在所述驱动电机的驱动力作用下沿造波板连线的法线方向作往复运动；所述造波设备还包括处理器和存储器，所述存储器和所述驱动电机均与所述处理器连接；所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令，以通过上述的方法，控制所述驱动电机驱动所述造波板运动，进行波浪的物理模拟。第四方面，本发明实施例还提供了一种机器可读存储介质，储存有为实现上述装置所用的计算机软件指令。本发明带来了以下有益效果：本发明提供的造波机的波浪模拟方法、装置和造波设备，利用虚拟波浪域与物理波浪域联合“全域”概念的办法，通过建立并数值离散两个域之间的完全非线性动边界微分方程，直接求得造波信号。具有如下优点：第一，国内外首次提出“全域”造波的概念，即基于虚拟波浪域与物理波浪域联合的办法，通过建立并数值离散两个域之间的完全非线性动边界微分方程，直接求得造波信号。不同于传统的线性解析解方法“半域”方法，该方法是一种时域数值微分方法，完全考虑了波浪的非线性，无须在频域内求解复杂的水动力传递函数理论解析解，解决了现有技术存在不能适应于更具工程应用意义、更复杂平面形态复杂三维波浪物理模拟的理论缺陷等问题，填补了国内外的相关技术真空。第二，有效避免了传统“半域”方法繁琐冗长的推导计算过程，避免造波板运动过程中不协调现象，大幅简化了程序，增加了波浪物理模拟的稳定性和实效性。第三，方法具有普适性、通用性，可适应于传统的单边直线型造波机、L型造波机、矩形造波机、圆形造波机，或者其他更复杂的平面任意形态造波机系统，应用前景十分广阔。第四，方法具有广泛可拓展性，可适应于线性规则波、非线性规则波、线性不规则波、非线性不规则波、单向波、多向波等，或其它任意谱型或波列的物理模拟。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术的单边直线型造波机的有效范围示意图；图2为现有技术的L型造波机不加“曲线过渡段”实际有效范围示意图；图3为现有技术的L型造波机加“曲线过渡段”实际有效范围示意图；图4为本发明一实施例所提供的造波机的波浪模拟方法的流程图；图5为本发明另一实施例所提供的造波机的波浪模拟方法的流程图；图6为本发明再一实施例所提供的造波机的波浪模拟方法的流程图；图7为本发明一实施例的L型造波机的初始状态坐标系的示意图；图8为本发明一实施例的包括虚拟波浪域和物理波浪域的全域波浪场坐标系的示意图；图9为本发明一实施例的圆形三维造波机的初始状态坐标系的示意图；图10为本发明一实施例所提供的造波机的波浪模拟装置的结构框图。图标：1-矩形水池边界；2-单边直线造波机；3-L型造波机；4-矩形造波机；5-圆形波浪水池边界；6-圆形造波机；7-圆弧过渡段造波机单元。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。由于现有的造波机在生成造波信号时，采用基于半无限假定的频域方法，需要求解复杂的传递函数，不适应于复杂的造波平台，造波信号计算过程异常复杂、繁琐冗长、信号生成慢、数据传输慢、容易导致造波板运动的不协调等问题，为此，本发明实施例提供了一种水池造波机的波浪模拟方法、装置和造波设备，以下首先对本发明的水池造波机的波浪模拟方法进行详细介绍。实施例一本实施例提供了一种水池造波机的波浪模拟方法，适用于平面任意形状的三维复杂造波机装备，例如，直线型造波机、L型造波机、S型造波机、矩形造波机、圆形造波机以及其他更复杂的平面任意形态造波机。如图4所示，该方法包括如下步骤：步骤S401，根据造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，确定每块造波板的初始位置。具体地说，可以根据造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系选取对应的初始状态方程；根据所述初始状态坐标系和初始状态方程，确定每块造波板的中心位置的坐标，作为每块造波板的初始位置。步骤S402，根据造波机的造波板的平面布置形式，以及虚拟波浪域和物理波浪域交接处完全非线性运动方程，确定造波板运动微分方程。步骤S403，根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定虚拟波浪域与物理波浪域交界处的目标波浪信息；所述目标波浪信息包括水深平均速度和波面。步骤S404，根据所述目标波浪信息，通过求解造波板的运动微分方程，得到相应的造波信号。步骤S405，输出造波信号，以控制造波机对进行波浪的物理模拟。本实施例提供的造波信号生成方法，通过全域内的目标波浪信息，直接计算造波信号，无须在频域内求解复杂的水动力传递函数，简化了传统方法繁琐冗长的推导计算过程，提高了计算效率，有效减少了造波板运动过程中的不协调现象，大幅简化了程序，增加了波浪物理模拟的稳定性和实效性。实施例二本实施例在上述实施例一的基础上，以L型造波机为例，详细说明该波浪模拟方法的实现过程。如图5所示，该方法包括如下步骤：步骤S501，根据L型造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，确定每块造波板的初始位置。该L型造波机包括沿水池相邻的两条边设置的直线段分段造波单元。根据L型造波机的造波板的平面布置形式，可以建立如图7所示的初始状态坐标系，并确定如下初始状态方程及计算造波机每块板的中心位置的坐标，作为每块造波板的初始位置。式中，Lx和Ly分别为x轴和y轴方向上造波单元的总长度，xi,yi为L型造波机每块造波板的中心位置的坐标。步骤S502，根据L型造波机的造波板的平面布置和运动形式，建立造波板运动微分方程。采用预先设定的任意形态动边界的完全非线性微分方程，为：式中：X为某时刻造波板的位置，u为x方向水质点速度，v为y方向水质点速度，w为z向水质点速度，t为时间变量。式1-3中方向函数fx，fy与造波机的平面布置形态有关，本实施例中，方向函数可计算如下：造波机的垂向运动形式有多种选择，有平推式、摇摆式、锤击式、垂向多板式等，以平推式为例，根据公式1-1、1-3和1-4，造波板的运动微分方程可确定如下：式中：U为x方向水质点水深平均速度，V为y方向水质点水深平均速度。X0为推板式造波机每时刻造波板的瞬时位移。设定造波板运动微分方程的边界初始条件如下：步骤S503，根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定虚拟波浪域与物理波浪域交界处的目标波浪信息。目标波浪类型有多种选择，用户可以根据试验目的和条件来选定。目标波浪类型主要分为规则波和不规则波两大类，规则波可选择线性正弦波，不规则波一般可选择单向不规则波和多向不规则波。本实施例中以规则正弦波为例，假定波浪方向为30度，目标波浪的波面表达式为：式中：H为用户输入的目标波浪的波高，ω为圆频率，按下式确定：式中：T为目标波浪的周期，k为目标波浪的波数，k按下面波浪色散方程确定：w2＝gktanhkh1-9式中：h为水深值。结合目标波浪的波面表达式，确定虚拟波浪与物理波浪边界处造波机分段单元处的波浪信息为：步骤S504，根据目标波浪信息，通过求解造波板运动微分方程，得到相应的造波信号。得到造波机分段单元处的目标波浪信息后，采用合适的离散方法对造波板运动微分方程进行离散求解，得到各个造波板的运动信号。可以根据微分方程的类型来选择对应的离散方法，离散方法有差分法，有限元法、有限差分法等。本实施例采用差分法进行，得到的离散方程如下：式中：Δt表示时间步长，Δx和Δy分别表示x和y方向上的造波机分段单元实际的宽度。上标i表示空间步i＝1，2，3...，上标j表示时间步j＝1，2，3...。特征水质点水深平均速度和由以下的公式计算：为配合离散方程的计算，将式1-6中边界初始条件方程改写成以下形式：由上面的公式即可计算出每一时刻每一块造波板运动的信号值。步骤S505，输出造波信号，以控制L型造波机进行波浪的物理模拟。输出造波信号至L型造波机的驱动电机，即可使驱动电机带动造波板在水池中模拟出所需要的目标波浪。实施例三本实施例在上述实施例一的基础上，以圆形三维造波机为例，详细说明该波浪模拟方法的实现过程。如图6所示，该方法包括如下步骤：步骤S601，根据圆形三维造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，确定每块造波板的初始位置。根据圆形三维造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，如图9所示，并确定如下初始状态方程及计算造波机每块板的中心位置的坐标，作为每块造波板的初始位置。式中，LR为圆形三维造波机的半径，xi,yi为圆形三维造波机每块造波板的中心位置的坐标。步骤S602，根据圆形三维造波机的造波板的平面布置形式，确定造波板运动微分方程。类似地，有任意形态动边界的完全非线性运动方程，如下：式中：X为某时刻造波板的位置，u为x方向水质点速度，v为y方向水质点速度，w为z向水质点速度，t为时间变量，fx，fy分别为方向函数，本实施例中，方向函数按下式确定：造波机的垂向运动形式有多种选择，有平推式、摇摆式、锤击式、垂向多板式等，以平推式为例，根据公式2-1、2-3和2-4，得到下造波板运动微分方程，如下：式中：U为x方向水质点水深平均速度，V为y方向水质点水深平均速度。X0为每时刻造波板的最大位移。设定造波板运动微分方程的边界条件如下：X0y，0＝02-6步骤S603，根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定虚拟波浪域与物理波浪域交界处的目标波浪信息。目标波浪类型有多种选择，用户可以根据试验目的和条件来选定。目标波浪类型主要分为规则波和不规则波两大类，规则波可选择线性正弦波，不规则波一般可选择单向不规则波和多向不规则波。本实施例中以规则正弦波为例，假定波浪方向为30度，目标波浪的波面表达式为：式中：H为用户输入的目标波浪的波高，ω为圆频率，按下式确定：式中：T为目标波浪的周期，k为目标波浪的波数，k按下面波浪色散方程确定：ω2＝gktanhkh2-9式中：h为水深值。结合目标波浪的波面表达式，确定虚拟波浪与物理波浪边界处造波机分段单元处的波浪信息为：步骤S604，根据目标波浪信息，通过求解造波板运动微分方程，得到相应的造波信号。得到造波机分段单元处的目标波浪信息后，采用合适的离散方法对造波板运动微分方程进行离散求解，得到各个造波板的运动信号。可以根据微分方程的类型来选择对应的离散方法，离散方法有差分法，有限元法、有限差分法等。本实施例采用差分法进行，得到的离散方程如下：式中：Δt表示时间步长，Δx和Δy分别表示x和y方向上的造波机分段单元实际的宽度。上标i表示空间步i＝1，2，3...，上标j表示时间步j＝1，2，3...。特征水质点水深平均速度和由以下的公式计算：为配合离散方程的计算，将式2-6中边界条件方程改写成以下形式：由上面的公式即可计算出每一时刻每一块造波板运动的信号值。步骤S605，输出造波信号，以控制圆形三维造波机进行波浪的物理模拟。输出造波信号至圆形三维造波机的驱动电机，即可使驱动电机带动造波板在水池中模拟出所需要的目标波浪。本实施例采用“全域”的概念，即基于虚拟波浪域与物理波浪域联合的办法，先根据物理波浪域内造波机平面布置形式，和虚拟波浪域与物理波浪域之间的动边界完全非线性方程，确定造波板的运动微分方程，并给定边界条件，再利用虚拟波浪域内已知的目标波浪信息，直接求解得到造波机的造波信号。具有如下优点：第一，国内外首次提出“全域”造波的概念，即基于虚拟波浪域与物理波浪域联合的办法，利用虚拟波浪域的目标波浪信息直接求得物理波浪域造波信号，无须求解复杂的水动力传递函数，解决了现有技术存在不能适应于更具工程应用意义、更复杂平面形态复杂三维波浪物理模拟的理论缺陷等问题，填补了国内外的相关技术真空。第二，有效避免了传统“半域”方法繁琐冗长的推导计算过程，避免造波板运动过程中不协调现象，大幅简化了程序，增加了波浪物理模拟的稳定性和实效性。第三，方法具有普适性、通用性，可适应于传统的单边直线型造波机、L型造波机、矩形造波机、圆形造波机，或者其他更复杂的平面任意形态造波机系统，应用前景十分广阔。第四，方法具有广泛可拓展性，可适应于线性规则波、非线性规则波、线性不规则波、非线性不规则波、单向波、多向波等，或其它任意谱型或波列的物理模拟。实施例四本实施例提供了一种与上述方法实施例相对应的造波机的波浪模拟装置，如图10所示，该装置包括：初始条件确定模块101，用于根据造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，确定每块造波板的初始位置；运动方程建立模块102，用于根据造波机的造波板的平面布置形式，以及虚拟波浪域和物理波浪域交接处的完全非线性运动方程，建立造波板的运动微分方程，并确定边界条件；波浪信息确定模块103，用于根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定虚拟波浪域与物理波浪域交界处的目标波浪信息；目标波浪信息包括水深平均速度和波面；造波信号生成模块104，用于根据目标波浪信息，通过求解造波板的运动微分方程，得到相应的造波信号；造波信号输出模块105，用于输出造波信号，以控制造波机对进行波浪的物理模拟。本实施例提供的造波机的波浪模拟装置，通过全域内的目标波浪信息，直接计算造波信号，无须在频域内求解复杂的水动力传递函数，简化了传统方法繁琐冗长的推导计算过程，提高了计算效率，有效减少了造波板运动过程中的不协调现象，大幅简化了程序，增加了波浪物理模拟的稳定性和实效性。实施例五本实施例提供了一种与上述方法实施例相对应的造波设备，包括相互连接的多块造波板和用于驱动造波板运动的驱动电机，造波板在驱动电机的驱动力作用下沿造波板连线的法线方向作往复运动。该造波设备还包括处理器和存储器，存储器和驱动电机均与处理器连接。存储器存储有能够被处理器执行的机器可执行指令，处理器执行该机器可执行指令，以通过上述方法实施例所记载的方法，控制驱动电机驱动造波板运动，进行波浪的物理模拟。本发明实施例提供的造波机的波浪模拟方法、装置和造波设备具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。需要说明的是，在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器ROM，Read-OnlyMemory、随机存取存储器RAM，RandomAccessMemory、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

权利要求：1.一种水池造波机的波浪模拟方法，其特征在于，包括：根据水池造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，确定每块造波板的初始位置；根据造波机的造波板的平面布置形式，以及虚拟波浪域和物理波浪域交接处完全非线性运动方程，建立造波板的运动微分方程，并确定边界条件；根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定虚拟波浪域与物理波浪域交界处的目标波浪信息；所述目标波浪信息包括水深平均速度和波面；根据所述目标波浪信息，通过求解造波板的运动微分方程，得到相应的造波信号；输出所述造波信号，以控制所述造波机对进行波浪的物理模拟。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，确定每块造波板的初始位置的步骤，包括：根据造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，选取对应的初始状态方程；根据所述初始状态坐标系和初始状态方程，确定每块造波板的中心位置的坐标，作为每块造波板的初始位置。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定虚拟波浪域与物理波浪域交界处的目标波浪信息的步骤，包括：根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定目标波浪的波面表达式；结合所述波面表达式和目标波浪参数，确定目标波浪的水深平均速度表达式；根据所述波面表达式和所述水深平均速度表达式确定所述目标波浪信息。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述目标波浪信息，通过求解造波板的运动微分方程，得到相应的造波信号的步骤，包括：对所述造波板的运动微分方程进行离散处理，结合设定的初始条件和边界条件，计算得到相应的造波信号。5.一种水池造波机的波浪模拟装置，其特征在于，包括：初始条件确定模块，用于根据造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，确定每块造波板的初始位置；运动方程建立模块，用于根据造波机的造波板的平面布置形式，以及虚拟波浪域和物理波浪域交接处的完全非线性运动方程，建立造波板的运动微分方程，并确定边界条件；波浪信息确定模块，用于根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定虚拟波浪域与物理波浪域交界处的目标波浪信息；所述目标波浪信息包括水深平均速度和波面；造波信号生成模块，用于根据所述目标波浪信息，通过求解造波板的运动微分方程，得到相应的造波信号；造波信号输出模块，用于输出所述造波信号，以控制所述造波机对进行波浪的物理模拟。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述初始条件确定模块，还用于：根据造波机的造波板的平面布置形式，建立物理波浪域内造波机的初始状态坐标系，选取对应的初始状态方程；根据所述初始状态坐标系和初始状态方程，确定每块造波板的中心位置的坐标，作为每块造波板的初始位置。7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述波浪信息确定模块，还用于：根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定目标波浪的波面表达式；结合所述波面表达式和目标波浪参数，确定目标波浪的水深平均速度表达式；根据所述波面表达式和所述水深平均速度表达式确定所述目标波浪信息。8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述造波信号生成模块，还用于：对所述造波板的运动微分方程进行离散处理，结合设定的初始条件和边界条件，计算得到相应的造波信号。9.一种造波设备，其特征在于，包括相互连接的多块造波板和用于驱动所述造波板运动的驱动电机，所述造波板在所述驱动电机的驱动力作用下沿造波板连线的法线方向作往复运动；所述造波设备还包括处理器和存储器，所述存储器和所述驱动电机均与所述处理器连接；所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令，以通过权利要求1至4任一项所述的方法，控制所述驱动电机驱动所述造波板运动，进行波浪的物理模拟。10.一种机器可读存储介质，其特征在于，储存有为实现权利要求5至8所述装置所用的计算机软件指令。

百度查询： 交通运输部天津水运工程科学研究所 水池造波机的波浪模拟方法、装置和造波设备

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD