摘要
本文主要是以邊界元素法所建立的二維數值計算模式，分析時間序列(Time frequency)下波浪場中，浮體結構物、繫纜與波浪間複雜的互制運動，其中考慮繫纜式浮體的三自由度藕合運動，並以質量集結點法計算繫纜的張力作用，最後建立浮體與繫纜各個質點的運動方程式，再經5階的Runge-Kutta法求解。本文並進一步分析繫纜浮體結構物對波浪場之消波特性，包括反射波、透過波等之探討。此外，本研究設計一水工模型試驗用來驗證本數值模式的正確性。
數值模式與試驗結果比較顯示相當吻合，表示本研究之邊界元素法數值模式有其一定之正確性。由研究成果可以發現，浮體對於較短週期波(T=4sec)有較好的消波效果，對於長週期波(T=10sec)其消波能力則較差。在浮體尺寸方面，一般而言，浸水深較深寬度較長之浮體，其透過率較低，但在實務工程設計方面，建議仍以增加浮體寬重於增加浸水深為基本設計原則，此乃因為增加浮體寬度其消波效果較為顯著。此外，本文之數值模式亦可模擬繫纜之張力變化，期能在實務浮體工程規劃時所有貢獻。

Abstract
A boundary element method numerical scheme is developed to study the dynamic response and the wave damping characteristics of a floating structure under an incident wave approaching. The coupled surge, heave and pitch motion of a floating structure are included in the model. The equation of motion of the numerical model has been set up; meanwhile the solution of equations has been solved through the Runge-Kutta fifth order method. The hydrodynamic physical model tests have been carried out to verify the goodness of the numerical model.
The numerical solutions and the experimental results have good agreements. It means that the BEM developed by this paper has its own accuracy. The study results show that the wave with shorter period has better effect on wave damping. In general, a floating breakwater, which is deeper under the water and wider in width, has smaller transmission coefficients. Practically when designing a floating structure, it suggests that the designer should increase the width rather than deepen the depth of structure. It is because the effects of dissipating wave energy are more obvious when increasing the width than the depth.

目錄
摘要…………………………………………………..………………………………Ⅰ
Abstract………………………………………………………...…………………….Ⅱ
表目錄………………………………………………………………………………..Ⅵ
圖目錄………………………………………………………………………………..Ⅶ
照片目錄…………………………………………………………………………..…Ⅷ
第一章 緒論…………………………………………………………...1-1
1.1 前言…………………………………………………………………….………1-1
1.2 文獻回顧……………………………………………………………………..…1-2
1.3 研究方法與目的………………………………………………………………..1-3
1.4 本文內容………………………………………………………………………..1-3
第二章 基本理論……………………………………………………...2-1
2.1 問題描述………………………………………………………………………..2-1
2.2 基本原理………………………………………………………………………..2-1
2.3 波浪場控制方程式……………………………………………………………..2-2
2.4 邊界條件………………………………………………………………………..2-2
2.4-1 自由液面邊界條件………………………………………………………..2-3
2.4-2 底床邊界條件……………………………………………………………..2-4
2.4-3 輻射邊界條件……………………………………………………………..2-4
2.4-4 浮體結構物邊界條件……………………………………………………..2-4
2.5 浮體運動分析…………………………………………………………………..2-5
2.5-1 浮體受力分析……………………………………………………………..2-5
2.5-2 浮體剛體運動……………………………………………………………..2-6
2.5-3浮體旋轉座標轉換…………………………………………………………2-8
2.5-4 浮體結構物的運動方程式………………………………………………2-10
2.6 繫纜運動分析…………………………………………………………………2-11
2.6-1 繫纜受力分析…………………………………………………………….2-11
2.6-2 繫纜的運動方程式………………………………………………………2-14
第三章 數值模式……………………………………………………...3-1
3.1 邊界元素法基本理論…………………………………………………………..3-1
3.1-1 流場邊界之流速勢…………………………………………………………3-1
3.1-2 流場內部之流速勢…………………………………………………………3-5
3.2 質量集結點法概述……………………………………………………………..3-7
3.3 數值模式之建立………………………………………………………………3-11
3.4 數值模式驗證……………………………………………………………..…3-12
第四章 水工模型試驗………………………………………………...4-1
4.1 試驗目的………………………………………………………………………..4-1
4.2 試驗規劃………………………………………………………………………..4-1
4.2-1 相似理論及模型縮尺……………………………………………………..4-1
4.2-2試驗設備……………………………………………………………………4-3
4.3 浮體消波特性試驗……………………………………………………………..4-4
4.3-1試驗之波浪條件設計………………………………………………………4-4
4.3-2 試驗佈置…………………………………………………………………..4-4
4.3-3 試驗步驟…………………………………………………………………..4-5
4.3-4 分析方法…………………………………………………………………..4-5
4.4 浮體運動與繫纜張力試驗……………………………………………………..4-6
4.4-1 試驗之波浪條件設計……………………………………………………..4-6
4.4-2 試驗佈置…………………………………………………………………..4-6
4.4-3 試驗步驟………………………………………………………………….4-7
4.4-4注意事項……………………………………………………………………4-8
第五章 試驗與數值結果比較………………………………………...5-1
5.1 試驗資料處理………………………………………………………………..5-1
5.2 錨碇點張力變化比較………………………………………………………..5-2
5.3 浮體運動模式比較…………………………………………………………..5-2
5.4 浮體消波特性比較…………………………………………………………..5-3
5.5 數值解的討論………………………………………………………………..5-4
第六章 結論與建議…………………………………………………...6-1
6.1 結論…………………………………………………………………………..6-1
6.2 建議…………………………………………………………………………..6-2
附錄A………………………………………………………………….A-1
參考文獻………………………………………………………………..R1

參考文獻
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