（1）水波理论及数值模拟

线性与非线性规则波的模拟，包括：艾里波、二阶斯托克斯波、五阶斯托克斯波、椭圆余弦波、流函数、傅里叶近似法等模拟方法。深水波与浅水波的模拟。非线性波浪场中速度、压力的分布、流体质点轨迹等研究。此外，提出了一种新型非线性水波模型，通过在正弦函数的基本表达式中添加若干波形修正系数，从而使修正后的波浪自由面具有尖峰坦谷等非线性特征，基于该模型可快速简单地针对非线性波浪自由面进行模拟。

非线性水波理论及规则波理论研究

（2）随机海浪数值模拟与仿真

海洋环境的准确模拟是研究船舶与海洋浮体水动力性能的重要前提保障。与传统的规则波或长峰不规则波不同，实际海浪是由风场和重力场的共同作用产生的短峰不规则波，具有一定的非线性、随机性和方向分布性。

为此，实现了二维长峰不规则波与三维短峰不规则波的数值模拟技术。基于波能谱的长峰不规则波的数值模拟方法，以及基于波浪时历的频谱反演方法，其统计特征参数，如波谱、波高、质点速度等分析方法。为了模拟真实海浪环境，实现了基于方向谱的短峰不规则波模拟，以及基于贝叶斯估计的海浪方向谱反演。模拟了不同方向函数下的短峰波，并研究了方向函数对于成分波散布的影响。可通过解析理论、CFD求解器或水池造波等途径实现各类波浪的模拟仿真。

长峰与短峰不规则的模拟及海浪频谱的反演

（3）畸形波的调制与模拟

畸形波是一种波高很大、波峰能量集中、波峰速度很高的异常波，具有很强的非线性，对船舶和海洋结构物构成了极大的威胁。近年来，很多海洋事故都被证明和畸形波有很大关联。为了高效率地在固定时间和空间位置处模拟出符合真实海洋情况的畸形波，采用改进的Longuet-Higgins模型将随机波列和瞬态波列叠加模拟三维畸形波。将波浪能量按比例分为基本随机波列和瞬态波列两部分，两者叠加后可产生畸形波。基于相关理论方法采用Matlab仿真模拟、CFD软件等可以实现三维畸形波的仿真模拟。

二维与三维畸形波的调制模拟

（4）实际海浪的测量与分析技术

采用电容式浪高仪测量水池中的波面高程，浪高仪安装在固定平台上，由于浸没在水中的电阻丝的阻值与浸水高度呈正相关从而实现波浪高度的测量。此外，采用浮标式浪高仪测量近岸海域的波浪，具备浪高仪的浮标设计加工、传感器布置、浮标布放与回收等能力，并通过谱分析法得到海况参数（有义波高、特征周期、波能谱等）。重点研究了不同类型、不同直径浮标对于不同等级海况的测量精度与适用范围。

实际海浪的测量与分析

（5）海浪统计与概率分析

研究了中国沿海波浪的统计参数（有义波高、特征周期、浪向角）随季节时间和空间的分布规律，建立了海浪的长期统计及概率分析方法，包括极值波高、波高-周期相关性等。此外，针对大尺度模型海上耐波性试验的海浪选取，建立了大尺度模型海上耐波性试验的海区位置、气象条件及时间范围等海浪选取方案，能够保障大尺度模型遭遇海浪的波高、周期、谱形和方向分布等参数与远洋海浪具有相似性。

实际海浪的统计与分析

相关研究成果：

期刊论文：

[1] Jialong Jiao, Chaohe Chen*, Shuzheng Sun, Christiaan Adika Adenya, Huilong Ren. Reproduction of ocean waves for large-scale model seakeeping measurement: The case of coastal waves in Puerto Rico & Virgin Islands and Gulf of Maine. Ocean Engineering, 2018, 153: 71–87. (SCI, IF=6.3, Q1)

[2] Bowen Ma, Xing Chang*, Zhenwei Chen, Jialong Jiao. Hydroelasticity of a 21000TEU containership under freak waves by fluid-flexible structure interaction simulations. Ocean Engineering, 2024, 314, 119748. (SCI, IF=6.3, Q1)

[3] Jialong Jiao*, Zhenwei Chen, Yuanming Chen, Shuai Chen, Caixia Jiang. Numerical simulation of ship hydroelastic responses in 3D realistic ocean waves with occurrence of freak waves. Journal of Fluids and Structures, 2026, 140, 104448. (SCI, IF=3.6, Q2)

[4] 焦甲龙*，孙树政，任慧龙，孙慧. 一种非线性水波自由面模型及其海浪数值模拟. 华中科技大学学报, 2015, 43(4): 89–92. (EI期刊)

[5] 焦甲龙*，陈超核，任慧龙，孙树政，李积德. 舰船大尺度模型耐波性试验海浪相似性分析. 哈尔滨工程大学学报, 2019, 40(1): 217–226. (EI期刊)

[6] 陈帅，蒋彩霞，顾学康，司海龙，焦甲龙. 大尺度模型耐波性试验海浪特征分析与海域选取.哈尔滨工程大学学报, 2026, 47 (8): 1743-1754.(EI期刊)

发明专利：

7.焦甲龙、徐文华，基于随船浪高仪的绝对波高测量系统及方法，ZL2024100156314，2024-01-03；

8.焦甲龙、陈振威、徐文华，测量实海域三维海浪方向谱的阵列式浪高仪装置，ZL2025100070375，2025-01-03；