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本研究由Eva Loukogeorgaki（亚里士多德大学）、Elpida Niki Lentsiou（亚里士多德大学）、Murat Aksel（伊斯坦布尔文化大学）和Oral Yagci（伊斯坦布尔理工大学）合作完成，发表于《Coastal Engineering》期刊2017年第121卷。研究聚焦于模块化浮式防波堤（floating breakwater, FB）在波浪作用下的水弹性响应（hydroelastic response）与结构响应（structural response）的耦合机制。

学术背景
浮式防波堤作为海岸工程中的重要结构，具有适应深水软基、可移动、环境友好等优势。传统研究多关注其消波性能，而对其在波浪作用下的结构完整性（如连接件内力与系泊张力）和水弹性变形（模块间的相对位移）的耦合机制研究不足。本研究通过三维物理模型实验，系统分析了规则波（垂直与斜向入射）作用下模块化浮式防波堤的动态响应，填补了该领域实验数据的空白。

研究流程
1. 实验设计与模型构建
- 实验设施：在伊斯坦布尔理工大学长30米、宽23米的水槽中进行，采用铰接式造波机生成规则波。
- 物理模型：按1:20比例设计，由三个梯形截面的刚性模块通过柔性连接件（钢丝绳，弹性模量5.1 GPa）串联，并通过链式系泊系统固定。模型总长3米，单个模块质量7.5 kg，吃水深度0.04米。
- 测量设备：
- 水弹性响应：通过高清摄像机记录模块特定标记点（共24个）相对于固定参考点的三维位移（u, v, w），结合图像处理算法量化变形。
- 连接件内力：采用四组应变花（strain rosettes）测量轴向力（Nby, Nbz）和剪切力（Fy, Fz），采样频率50 Hz。
- 波浪场数据：通过三个电阻式波高仪记录入射波与透射波特性。

1. 实验条件

   • 测试两种波向角（β=90°垂直入射，β=60°斜向入射），五种波周期（T=0.56~1.01 s，对应无量纲波宽比B/L=0.129~0.410）和两种波陡（H/L=0.04, 0.05）。
     

2. 数据分析方法

   • 水弹性响应：通过标记点位移的均方根值（urms, vrms, wrms）表征模块动态变形。
     
   • 连接件内力：基于应变数据计算轴向力与剪切力的时程曲线，提取RMS值。
     
   • 相关性分析：引入变形角θ（模块间相对倾角变化量）量化FB变形程度，并与连接件内力关联。
     

主要结果
1. 水弹性响应特性
- 垂直入射波（β=90°）：模块间垂向相对位移（wrms）沿长度方向变化较小，主要由刚体运动（升沉与横摇）主导，变形角θ≤1.5°。
- 斜向入射波（β=60°）：低频范围（B/L<0.25）下，wrms沿长度方向显著变化（θ最高达7°），表明柔性模态（绕y轴弯曲）被激发，导致模块间剧烈相对位移。

1. 连接件内力规律

   • 斜向波作用下，连接件轴向力Nby在低频区（B/L<0.25）显著增大（最大100 N），与变形角θ呈强正相关（R²>0.96）。
     
   • 模块3与模块2间的连接件（CN1, CN3）内力高于模块1与模块2间（CN2, CN4），因系泊系统对模块1的约束更强。
     

2. 波参数影响

   • 波周期是主导因素，波高仅低频区有微弱影响。斜向波通过增大沿FB长度的投影波长（L’=L/sin(90°-β)），当L’/模块顶长≥2时，激发显著柔性变形。
     

结论与价值
1. 科学价值：首次通过实验揭示了FB水弹性变形与连接件内力的耦合机制，验证了斜向波下柔性模态共振是导致结构失效的关键诱因。
2. 应用价值：为模块化浮式结构的优化设计提供依据，建议在斜向波环境中加强连接件刚度，并优化系泊布局以均衡模块间约束。

研究亮点
1. 方法创新：开发了基于图像处理的非接触式位移测量系统，结合应变花实现了水弹性与结构响应的同步高精度采集。
2. 发现创新：明确了变形角θ作为连接件内力预测指标的有效性，为数值模型验证提供了关键实验数据。

其他价值
研究结果可扩展至其他模块化浮式结构（如海上光伏平台、浮式码头）的动态响应分析，推动多物理场耦合设计理论的发展。