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龙图腾网获悉哈尔滨工业大学(威海)申请的专利海洋环境中近自由面圆柱结构的波浪荷载计算方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN120633525B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-23发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202511119911.0，技术领域涉及：G06F30/28；该发明授权海洋环境中近自由面圆柱结构的波浪荷载计算方法是由郭安薪;方庆贺;宋洋;王辉;刘鹏飞;李俊;吴永福;张萌稞;焦博文;杜逸樊;贾研;陈再现;李素超;李惠设计研发完成，并于2025-08-12向国家知识产权局提交的专利申请。

本海洋环境中近自由面圆柱结构的波浪荷载计算方法在说明书摘要公布了：本发明涉及海洋工程技术领域，具体是一种能够准确预测位于自由面附近区域的海洋结构物中的圆形杆件等，尤其适用于极端波浪环境中水平设置的圆柱类结构在瞬态强非线性波浪作用下的波浪力估算，提升结构受力预测的精度与工程设计的安全性的海洋环境中近自由面圆柱结构的波浪荷载计算方法，具体包括：基于经典莫里森方程建立波浪力计算模型，构建聚焦波场，其中，聚焦波是通过叠加多个规则波分量构建而成，从而形成一个理想化的自由液面剖面，然后在聚焦波场内分别计算水平波浪力和竖直波浪力，与现有技术相比，具有更广泛的适用性，能够有效处理宽频多分量聚焦波场建模，特别适合工程早期设计和参数敏感性分析的应用。

本发明授权海洋环境中近自由面圆柱结构的波浪荷载计算方法在权利要求书中公布了：1.一种海洋环境中近自由面圆柱结构的波浪荷载计算方法，其特征在于，基于经典莫里森方程建立波浪力计算模型如下： 1， 2， 其中，水平波浪力Fx由两个部分组成：水平惯性力Fix、水平阻力Fdx；垂直波浪力Fz由三个部分组成：垂直惯性力Fiz、垂直阻力Fdz和静水浮力Fb，ρ为水体密度，单位为kgm³；惯性系数Cm和阻力系数Cd分别为Cm=2.0和Cd=1.2，Vt表示圆柱在t时刻的淹没体积，V0为静水条件下初始的淹没体积；Axt和Azt表示圆柱在t时刻波浪作用下的瞬时水平投影面积与垂直投影面积，uxt和uzt为在圆柱位置处的流场水平与垂直速度，∂ux∂t和∂uZ∂t为在圆柱位置处的水平与垂直加速度，uxt、uzt、∂ux∂t和∂uZ∂t通过线性波浪理论计算得到； 还包括构建聚焦波场，其中，聚焦波是通过叠加多个规则波分量构建而成，从而形成一个理想化的自由液面剖面，某一位置x和时刻t处的自由液面抬升表示为： 3， 其中，分别表示第n个波分量的幅值、角频率、波数和初相位，从而能够在预设的聚焦位置xf和聚焦时刻tf处产生一个高幅值的波群； 点x0,z0表示圆柱中心的全局坐标，为计算水平波浪力，圆柱沿竖直方向被离散为Nz层水平方向的单元，每层高度为dz=2RNz，R为圆柱半径，每一层的中心高度记为zj，相应地，为计算竖向波浪力，圆柱沿水平方向被离散为Nx个竖直切片，每个切片的宽度为dx=2RNx，每个切片的底部高度记录为zj，为简化积分过程中的几何处理，除两端圆弧段外的中间层在几何上为梯形； 在聚焦波场内分别计算水平波浪力和竖直波浪力，其中，为计算水平波浪力，圆柱沿竖直z方向被离散为Nz层水平方向的单元，每一层的中心坐标zj计算如下： 4， 式4中，z0为圆柱中心的全局垂直坐标，j为每层编号； 对于每一层单元，若其中心位于瞬时自由液面以下，即zjηt，则认为其处于淹没状态，在聚焦波场中，每一层的水平速度和加速度均在点x0,zj处计算，并通过叠加所有线性波分量来获得，具体地，速度uxx0,zj,t和加速度∂ux∂tx0,zj,t表达如下： 5， 6， 结构在时刻t所受的总水平波浪力通过对所有处于淹没状态的层单元贡献进行求和得到，其表达式为： 7， 其中，Aj表示第j层的水平投影面积，根据该层在圆柱体中的位置不同，其面积采用不同的方式进行估算： 对于中部的梯形区域，其水平投影面积为；对于边缘的圆弧段区域，面积则为：； 为判断每一层在时刻t是否处于淹没状态，引入一个逻辑开关函数δzjηt： 8， 每个水平切片的横截面积Aj和底部高程zj通过几何分解函数获得，与水平力计算中所采用的方式一致； 在竖向波浪力的计算过程中，惯性项依赖于每层的淹没面积，给定瞬时自由液面高度ηt，第j层的淹没深度为，仅当hjt0时，该层才被认为是处于淹没状态，并被计入竖向波浪力的求和中； 淹没比ratiojt表示第j层被波浪覆盖的程度，估算公式为： 9， 其中，zj表示第j层底部的高程，确保了淹没比ratiojt始终限制在区间[0,1]之间； 在聚焦波场中，竖向速度和加速度在每一层的采样点xj,z0处计算，方法是将所有线性波分量叠加，具体形式如下： 10， 11， 获得总的竖向波浪力Fzt，总的竖向波浪力Fzt是在时间t时刻作用于淹没水平圆柱上的力，通过对所有被水覆盖的层的竖向水动力求和而得，包括惯性项和阻力项，最终表达式为： 12， 乘积ratiojt⋅Aj表示第j层在时刻t的瞬时淹没面积，函数δhjt0是一个逻辑指示函数，定义为： 13。

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