Fourier Approximation of Nonlinear Standing Waves

비선형 정상파의 Fourier급수 해석

A numerical method using the truncated Fourier series is presented to predict the wave potential and water surface profile for two dimensional nonlinear standing waves. The unknown coefficients of the series are to be determined through the Newton solution of nonlinear simultaneous equations given by the governing equation and boundary conditions of the problem. In order to prove the effectiveness of the present method. an existing Stokes-like perturbation method is considered together, and a hydraulic experiment for measuring water surface profile and wave pressure is performed as well. The results are such that the present method can generally give exact solutions even for relatively big wave stiffness regardless of the water depth condition. It also demonstrates its validity by showing double humps in the crest of temporal wave pressure profile which normally appear in strongly nonlinear standing waves.

이차원 비선형 정상파의 파낭포텐셜과 수면 파형곡선을 임의 계수를 갖는 Fourier 급수로 대치하고 그 계수를 지배방정식 및 경계조건으로부터 비롯되는 비선형 연립방정식의 Newton 해법에 의하여 결정하는 방법을 제시하였다. 해석결과의 유효성을 검증하기 위하여 본 교치분석을 재내의 4차 미소치 섭동기법과 비교하였으며, 또한 파형과 파염을 관측하기 위한 수리실험을 실시하여 그 결과를 수치해석결과와 비교ㆍ검토하였다. 검토 결과, 본 해석 기법은 수심조건에 관계없이 비교적 큰 파형 경사에서도 정확한 해를 주는 것으로 나타났으며 또한 비선형성이 강한 정상파에서 파염곡선의 파봉부분에 일반적으로 나타나는 이중 돌출부를 잘 예측함으로써 그 타당성을 입증하였다.