基于NURBS高阶面元法的有航速船舶辐射问题数值计算研究

发布时间：2017-05-08 19:08

  本文关键词：基于NURBS高阶面元法的有航速船舶辐射问题数值计算研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：相对于理论和试验方法，用数值方法计算船舶水动力具有其独特的优点和发展潜力。上世纪60年代至今，随着计算机科学技术的发展，计算流体动力学(CFD)取得了重大的进展。CFD应用于船舶水动力学问题的数值求解，产生了船舶CFD方法。随着船舶CFD技术被越来越广泛地应用于实际工程问题，势流法求解船舶水动力学问题的快捷性和精确性越来越重要，应用高阶面元法求解船舶水动力问题成为当今的一个研究热点。近年来，出现了众多的高阶面元法，其中基于被国际标准化组织(ISO)规定为定义工业产品几何形状的唯一数学描述工具的非均匀有理B样条(NURBS)的高阶面元法因为可以和船舶计算机辅助设计(CAD)更好地结合，更方便快捷地进行船型设计和船舶水动力性能设计、优化，因而具有相当好的发展前景。 本文采用Rankine源作为Green函数，采用非均匀有理B样条(NURBS)来表达物面几何及源强分布密度，采用频域法对自由面边界条件进行线性化处理，开发了一种基于NURBS的Rankine高阶面元法，用于数值计算考虑自由面边界条件的有航速船舶微幅摇荡运动水动力系数，以模拟试验水池中的约束船模平面运动机构(PMM)试验。由于源强分布密度采用NURBS的高阶表示方法，克服了常数面元法源强分布密度不连续的缺陷，能够精确高效地计算求解辐射问题的频域法中出现的所谓的“m”项，从而有效地计算船舶摇荡运动水动力系数。 为了验证本文开发的高阶面元法的有效性，首先对无界流场中的球体及一般椭球体的附加质量进行了数值计算，并将计算结果和理论结果进行了比较。随后，以近水面椭球体和Wigley数学船型为例，对计及自由面兴波的有航速物体摇荡运动水动力进行了计算，给出了第2、6运动模式下的附加质量和阻尼系数。通过对算例数值结果的分析，得出了一些初步的结论。
【关键词】：辐射问题 水动力系数 频域法 高阶面元法 NURBS Rankine源
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：U661
【目录】：

• 第1章 绪论7-11
• 1.1 研究的目的和意义7-8
• 1.2 国内外相关研究的现状及动态8-10
• 1.2.1 船舶水动力学问题数值计算研究8-9
• 1.2.2 面元法综述9-10
• 1.3 本文的主要工作10-11
• 第2章 NURBS在CAGD中的应用11-19
• 2.1 概述11-13
• 2.2 三维曲面的NURBS表达及NURBS曲面论的相关知识13-15
• 2.3 权因子对曲面形状的影响15-18
• 2.4 本章小节18-19
• 第3章 基于NURBS高阶面元法求解势流问题19-30
• 3.1 引言19
• 3.2 基本理论19-26
• 3.2.1 理想流体的定解问题19-21
• 3.2.2 求解速度势的格林函数法21-22
• 3.2.3 速度势及其导数的NURBS表达22-26
• 3.3 NURBS高阶面元法的验证26-29
• 3.4 本章小结29-30
• 第4章 有航速船舶微幅摇荡运动理论30-42
• 4.1 问题的描述30-31
• 4.2 自由面边界条件的线性化31-34
• 4.3 物面边界条件的线性化34-35
• 4.4 简谐摇荡运动问题的频域表达35-37
• 4.5 有航速摇荡运动的水动力系数37-38
• 4.6 边值问题的定解方程组38-41
• 4.7 本章小结41-42
• 第5章 有航速三维物体摇荡运动水动力系数的数值计算42-56
• 5.1 引言42
• 5.2 源强分布的求解42-46
• 5.2.1 合模势中的扰动势部分的数值离散43
• 5.2.2 辐射势的数值离散43-46
• 5.3 下潜椭球的水动力导数计算46-50
• 5.4 数学船型的水动力导数计算50-55
• 5.5 本章小结55-56
• 第6章 总结与展望56-58
• 参考文献58-62
• 致谢62-63
• 攻读学位期间发表的论文和参加科研情况63

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 刘日明;任慧龙;;基于PCL语言的浮体湿表面B样条面元生成方法[J];海洋工程;2008年04期

2 刘日明;任慧龙;李辉;;B样条面元法在波浪载荷计算中若干问题研究[J];海洋工程;2011年02期

3 赵耀中;邹早建;王化明;;一种处理高阶面元法中奇异积分的方法[J];船海工程;2007年03期

4 何适;邹早建;高志亮;;船舶有航速辐射问题数值计算研究[J];船海工程;2010年03期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 李辉;船舶波浪载荷的三维水弹性分析方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

2 刘日明;基于B样条面元法的浮体二阶水动力计算[D];哈尔滨工程大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 王伟飞;基于Rankine源法舰船有航速时域三维波浪载荷计算[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 宋久振;单体排水式复合船型水动力性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 赵耀中;船舶有航速辐射水动力计算研究[D];上海交通大学;2007年

4 李学菊;基于Rankine源的舰船波浪载荷时域计算方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

  本文关键词：基于NURBS高阶面元法的有航速船舶辐射问题数值计算研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：351689