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 F x 由两个部分组成：水平惯性力 F ix 、水平阻力 F dx ；垂直波浪力 F z 由三个部分组成：垂直惯性力 F iz 、垂直阻力 F dz 和静水浮力 F b ， ρ 为水体密度，单位为kg/m³；惯性系数 C m 和阻力系数 C d 分别为 C m =2.0 和 C d =1.2， V ( t ) 表示圆柱在t时刻的淹没体积， V 0 为静水条件下初始的淹没体积； A x ( t ) 和 A z ( t )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， u x ( t ) 和 u z ( t )为在圆柱位置处的流场水平与垂直速度，∂ u x /∂ t 和∂ u Z /∂ t 为在圆柱位置处的水平与垂直加速度， u x ( t ) 、 u z ( t ) 、∂ u x /∂ t 和∂ u Z /∂ 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 x f 和聚焦时刻 t f 处产生一个高幅值的波群；点 ( x 0 , z 0 ) 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 N z 层水平方向的单元，每层高度为 dz =2 R / N z ，R为圆柱半径，每一层的中心高度记为 z j ，相应地，为计算竖向波浪力，圆柱沿水平方向被离散为 N x 个竖直切片，每个切片的宽度为 dx =2 R / N x ，每个切片的底部高度记录为 z j ，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 N z 层水平方向的单元，每一层的中心坐标 z j 计算如下： （4），式（4）中，z 0 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 z j < η ( t )，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 ( x 0 , z j ) 处计算，并通过叠加所有线性波分量来获得，具体地，速度 u x ( x 0 , z j , t ) 和加速度 ∂u x / ∂t ( x 0 , z j , 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， A j 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 δ( z j <η ( t ))： （8），每个水平切片的横截面积 A j 和底部高程 z j 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 η ( t )，第 j 层的淹没深度为 ，仅当 h j ( t )>0 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 ratio j ( t ) 表示第 j 层被波浪覆盖的程度，估算公式为： （9），其中， z j 表示第 j 层底部的高程，确保了淹没比 ratio j ( t ) 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 ( x j , z 0 ) 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 F z ( t ) ， 总的竖向波浪力 F z ( t ) 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 ratioj ( t ) ⋅A j 表示第 j 层在时刻 t 的瞬时淹没面积，函数 δ ( h j ( t )>0) 是一个逻辑指示函数，定义为： （13）。
