Bølgelaster

Bølger som beveger seg på sjøen eller havet vil utøve en belastning (bølgelaster) på objekter de treffer. Kunnskapen om bølgelastene er viktige for å kunne dimensjonere blant annet skip, kaier, moloer, vindmøller og offshore konstruksjoner på en sikker måte. Bølgelastene er avhengig av formen på bølgene og utformingen av det objektet som blir truffet.
Lastene fastsettes som en kombinasjon av analyser og modellforsøk. De kan i noen grad verifiseres gjennom målinger på konstruksjoner i sjøen.

Bølgekinematikk

Bølgekinematikk beskriver hvordan bølgepartikler eller dråper i en bølge beveger seg. Det gjøres gjerne ved å beskrive et potensial på matematisk form, som en igjen kan avlede bølgetrykk, bølgepartikkel-hastigheter og bølgepartikkel-akselerasjoner fra.
Bølgepartiklene beveger seg på åpent hav i elliptiske baner. De har størst bevegelser i havoverflaten, og avtar så med dypden. For dypt vann er det vanlig å regne med at bølgepartiklene beveger seg i sirkelbaner,
En modell som ofte brukes er lineær bølgeteori. Den gjelder egentlig for uendelig små bølger, men har vist seg praktisk å bruk i forbindelse med flere typer bølgelaster. Ved å anta en inkompressibel og rotasjonsfri væske kan en beregne et sett med formler for hvordan bølgepartikkelbevegelsene avtar med dybden. Bevegelsene er avhengig av tyngdens akselerasjon, vanndypet, bølgehøyden og bølgeperioden.
Dersom en har en beskrevet bølgeoverflate for eksempel fra modellforsøk eller målinger i havet, er det flere måter å beregne bølgekinematikken, der Wheelers metode er den mest brukte.
Det er også ulike måter å kombinere bølgepartikkelhastigheter og strømhastigheter.

Bølgelaster på vertikale sylindre

Den første bølgelasten som en kunne fastsette analytisk var for en stor vertikal sylinder som gikk fra bunnen og stakk opp over havflaten. Bølgene vil her strømme rundt sylinderen uten at det dannes virvler - separasjon. Metoden kalles McCamy-Fuchs metode. Den regnes som gyldig dersom bølgelengden er større enn om lag fem ganger diameteren på søylen. Bølgelastene er størst når bølgen treffer konstruksjonen midt mellom bølgetoppen og bølgedalen. Akselerasjonen har da sin største verdi, og en sier at lasten er akselerasjonsstyrt. Bølgelasten er proporsjonal med diameteren på sylinderen, vanndypet, egenvekten på vannet og bølgehøyden, og omvendt proporsjonal med kvadratet av bølgeperioden. I tillegg vil sylinderen påvirke væsken, som gir et samvirke som kalles virtuell masse eller tilleggsmasse.
For mindre sylindre vil en få virveldannelser i bølgene når den treffer sylinderen. Lastbildet blir da usymetrisk og det har vist seg umulig å bestemme lasten analytisk. Den mest benyttede empiriske metoden kalles Morisons formel. Den har et bidrag (kalt masselast) fra akselerasjonen (som i McCamy-Fuchs metode) og et bidrag som er proporsjonalt med kvadratet av bølgehastigheten (kalt draglast). Skaleringskoeffisientene i formelen fastsettes ved modellforsøk. Det er særlig data fra en rekke forsøk utført på Turgut Sarpkaya på 1970-tallet som brukes. Draglasten er proporsjonal med diameteren på sylinderen, vanndypet og egenvekten på vannet, omvendt proporsjonal med kvadratet av bølgeperioden, og proporsjonal med kvadratet av bølgehøyden.
Begroing (som rur, blåskjell og tare) på sylinderen reduserer masselasten og øker draglasten.
Strømlaster tas hensyn til ved å legge strømhastigheten til bølgepartikkelhastigheten, før hastigheten kvadreres.
Dersom bølgeperioden samsvar med konstruksjonens egenperiode kan en få resonans, med kraftige forsterkninger.

Bølgelaster på storvolumkonstruksjoner

Bølgelaster på store konstruksjoner som skip, sevanplattformer, sparbøyer, kaier, moloer og halvt nedsenkbare plattformer bestemmes oftest ved hjelp av analyser med potensialteori eller ved modellforsøk.
For lange slanke konstruksjoner som skip deles skroget analytisk opp i en rekke vertikale skiver eller striper, der en beregner lasten på hver skive, og summerer opp for alle skivene. Denne metode kalles stripeteori.
For andre typer konstruksjoner brukes panelmetoder eller kilde-sluk-metoder. Væsketrykket beregnes for hver del og summeres opp over alle panelene eller kildene.
For en konstruksjon som beveger seg gjøres analysene typisk i to trinn. Først beregnes lastene som om legemet ble holdt fast - eksitasjonslaster. Så beregnes tilleggslastene  ved at en lar legemet bevege seg i bølgeperioden. Lastene uttrykkes som tilleggsmasse eller virtuell masse, samt dempningslaster og fjærlaster. Disse bidragene kan en så normalt summere sammen. Ikke alt lar seg fastsette nøyaktig analytisk, og en må gjøre modellforsøk.
Analysemodeller av halvt nedsenkbare innretninger bygd på potensialteori har begrensinger i ekstreme sjøtilstander, der ikke-lineariteter og draglaster over stillevannsnivået kan dominere. Dette gjelder særlig ved lange bølgeperioder der bidraget fra potensialteorien er lite. Tilstedeværelsen av havstrømmer gjør også analysene vanskeligere.
Også for skip vil analyser etter potensialteori undervurdere bølgedriftsbevegelsene i ekstreme sjøtilstander. Årsaken er en sum av flere årsaker som lasteffekter av høyere enn andre ordens potensialteori og viskøse effekter.

Effekter av samvirke mellom bølger

Dersom en har to eller flere bølger samtidig, vil de påvirke hverandre på flere måter. Lastene er normalt mindre enn bølgelastene ved bølgeperioden, men opptrer de ved resonans-perioder kan de gi betydelig respons.

Springing

Springing oppstår fra ikke-lineære, andre ordens bølgelaster og er på et vis analog til bølgedrift. Imidlertid er springing knyttet til summen av bølgefrekvenser mellom bølger. Samvirke mellom to bølgekomponenter gir en last som virker ved summen av enkeltbølgenes bølgefrekvenser. I prinsippet er det en uendelig mengde kombinasjoner av bølger som i sum kan gi en gitt frekvens som svarer til en egenperiode. Springing bidrar i hovedsak til utmattingslaster.

Ringing

Ringing oppstår fra høyere ordens bølger og er som springing knyttet til summen av bølgefrekvenser. Samvirke mellom flere bølgekomponenter gir en last som virker ved summen av enkeltbølgenes bølgefrekvenser. Ringing ved regulære bølger opptrer ikke ved egenperioden, men nær egenperioden. For irregulære bølger opptrer ringing ved egenperiodene typisk i hiv, stamping og rulling. Lasten er svært avhengig av formen på bølgene, der høye krappe bølger gir stor last. Ringing er beskrevet å være "transient", og har mer form av impulslaster – plutselig(e) slag på konstruksjonen som dempes ut over noen sykler. Det er likevel ikke noen impulslast siden den bygges opp over noen få sykler. Lasten virker som en slamminglast, men det er ikke noen sjokkbølger forårsaket av luft som i sjokkbølger. Ringing er proporsjonal med bølgehøyden i andre og tredje potens og kontrolleres i bruddgrensetilstanden.

Bølgeslag på skip og oppjekkbare innretninger

Bølger som slår over baugen på skip eller oppjekkbare innretninger som er under forflytning, kan gi svært høye lokale laster. Dersom skipet beveger seg mot bølgene vil relativhastigheten mellom bølgene og skipet bli større, og lastene øker. 
Det er i Norge registrert en rekke skadetilfeller på offshore produksjonsskip. Bølger som skyller over dekket på et skip eller treffer dekket på en plattform kalles gjerne "grønn sjø". Den enkleste formen for analyser av sjø på skipsdekk er å bruke dambrudds-teorier. En antar da at en dam brister, og vannet renner inn over dekket på skipet. Andre metoder er også utviklet, men krever omfattende modellering og regnetid. En kan forebygge skader ved å øke høyde på skansekledningen i baugen og på sidene.
Bølgeslag mot baugen på skip kan gi svært høye lokale laster. En avrundet baug vil redusere lastene. En kan forebygge skader ved å forsteke på innsiden.
Det er flere eksempler på at bølger på dekk på oppjekkbare innretninger under tauing har gjort betydelig skade. Den mest alvorlige var dødsulykken på Kolskaya i 2011, og i Norge på havariet av West Gamma i 1990.