时域混合格林函数法及波浪中船舶运动的预报

发布时间：2017-08-08 17:35

  本文关键词：时域混合格林函数法及波浪中船舶运动的预报

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【摘要】：进入新世纪以来,随着我国对海洋资源和远洋运输需求的日益增加以及海军建设的飞速发展,军民两方面对船舶与海洋结构物在波浪中的水动力性能和运动预报都提出了新的要求。目前在船舶水动力性能预报方面应用较为成熟的是频域方法,但它只适合于处理稳态问题,而非线性和瞬态等复杂问题必须依赖确定的时域计算。因此,发展一种合理而实用的船舶在波浪中运动的时域预报方法具有重要意义。论文通过假想的直壁控制面进行流域分割并同时运用Rankine源和时域自由面格林函数,建立了线性时域混合格林函数法。基于此对无航速浮体的辐射和绕射问题进行求解,然后给出了浮体在斜浪中运动的预报方法。采用控制变量的方法,对数值计算中离散参数的影响作了系统分析。基于兼顾计算精度和效率的准则总结出参数选取范围。以圆柱形平台和LNG船为例进行数值计算,结果证明时域混合格林函数法准确可靠,能够有效解决外飘船型的计算发散问题。基于船体定常兴波为小量的假设和新的有航速自由面条件处理方法,建立了预报有航速船舶在波浪中运动的线性时域混合格林函数法。对多个航速下的Wigley型船和S175船作了数值计算,结果表明时域混合格林函数法也适用于有航速情况。此外还讨论了时域方法和基于航速修正的频域方法各自的特点和适用范围。论文还将线性时域混合格林函数法应用到相邻两船耦合运动的情况,根据线性叠加原理对辐射和绕射问题作了分析研究,进而给出了波浪中两船耦合运动的求解方法。数值计算给出了相邻的Wigley型船和方形浮体的水动力系数和波浪力,进而对波浪中并行的两船的耦合运动作了预报。计算结果与试验值吻合良好,显示了共振现象的发生。最后论文讨论了船体瞬时湿表面网格的生成方法,在瞬时湿表面上计算非线性入射波力和静恢复力,结合辐射和绕射问题的线性解建立了船舶在波浪中运动的非线性时域预报方法。研究针对不同航速的Wigley型船和S175船进行了非线性时域计算,给出了迎浪和斜浪中的运动预报。通过与试验数据的对比可以证明,非线性方法在高航速和大外飘船型等复杂情况下的预报精度比线性方法有明显改善,能体现时域理论的优势。
【关键词】：时域 自由面格林函数 Rankine源 混合 非线性 两船耦合运动
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.3
【目录】：

• 上海交通大学博士学位论文答辩决议书逡逑5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 绪论14-25
• 1.1 本文的研究目的和意义14-15
• 1.2 船舶在波浪中运动的研究方法综述15-22
• 1.2.1 切片理论发展简述16-17
• 1.2.2 三维频域方法17-19
• 1.2.3 三维时域方法19-22
• 1.3 本文的主要工作和创新点22-25
• 1.3.1 本文的主要工作22-23
• 1.3.2 本文的主要创新点23-25
• 第二章 船舶在波浪中运动的时域势流理论及求解方法25-41
• 2.1 引言25
• 2.2 船舶在波浪中运动的基本势流理论25-27
• 2.2.1 坐标系的建立和船体6自由度运动25-26
• 2.2.2 速度势的分解26-27
• 2.3 控制方程和初边值条件27-28
• 2.4 船体运动方程和流体作用力28-32
• 2.4.1 船体运动方程的一般描述28-30
• 2.4.2 流体动力和静恢复力的计算30-32
• 2.5 格林函数及其数值计算32-40
• 2.5.1 格林函数法基本理论32-33
• 2.5.2 Rankine源和满足自由面条件的三维时域格林函数33-34
• 2.5.3 时域自由面格林函数瞬时效应部分的数值计算方法34-38
• 2.5.4 时域自由面格林函数记忆效应部分的数值计算方法38-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第三章 无航速浮体在波浪中运动的线性时域混合格林函数法41-73
• 3.1 引言41
• 3.2 时域混合格林函数法及边界积分方程的建立41-44
• 3.2.1 控制方程和初边值条件41-42
• 3.2.2 流域的划分和积分方程的建立42-44
• 3.3 辐射问题的求解44-51
• 3.3.1 辐射势的分解44-46
• 3.3.2 边界积分方程的求解46-49
• 3.3.3 水动力系数的计算49-51
• 3.4 绕射问题的求解51-56
• 3.4.1 求解绕射势的脉冲响应函数法51-52
• 3.4.2 边界积分方程的求解52-54
• 3.4.3 波浪扰动力的计算54-56
• 3.5 静恢复力计算及无航速浮体在波浪中运动的时域分析56-58
• 3.5.1 静恢复力的计算56
• 3.5.2 无航速浮体在波浪中运动的时域分析56-58
• 3.6 数值计算与分析58-72
• 3.6.1 数值计算中离散参数影响的分析58-64
• 3.6.2 辐射问题的计算结果与分析64-67
• 3.6.3 绕射问题的计算结果与分析67-69
• 3.6.4 波浪中无航速浮体的时域运动预报与分析69-72
• 3.7 本章小结72-73
• 第四章 有航速船舶在波浪中运动的线性时域混合格林函数法73-107
• 4.1 引言73
• 4.2 有航速情况下边界积分方程的建立73-76
• 4.2.1 控制方程和初边值条件73-76
• 4.2.2 积分方程的建立76
• 4.3 辐射问题的求解76-84
• 4.3.1 辐射势的分解76-79
• 4.3.2 边界积分方程的求解79-83
• 4.3.3 水动力系数的计算83-84
• 4.4 绕射问题的求解84-89
• 4.4.1 求解绕射势的脉冲响应函数法84-86
• 4.4.2 边界积分方程的求解86-87
• 4.4.3 波浪扰动力的计算87-89
• 4.5 有航速船舶在波浪中运动的时域分析89-90
• 4.6 数值计算与分析90-105
• 4.6.1 数值算例90-92
• 4.6.2 辐射问题的计算结果与分析92-96
• 4.6.3 绕射问题的计算结果与分析96-101
• 4.6.4 波浪中有航速船舶的时域运动预报与分析101-105
• 4.7 本章小结105-107
• 第五章 波浪中相邻两船耦合运动的时域混合格林函数法107-124
• 5.1 引言107
• 5.2 坐标系的选取和边界积分方程的建立107-109
• 5.2.1 坐标系的选取107-108
• 5.2.2 控制方程和初边值条件108-109
• 5.3 辐射问题的求解109-112
• 5.3.1 边界积分方程的建立与求解109-110
• 5.3.2 水动力系数的计算110-112
• 5.4 绕射问题的求解112-113
• 5.4.1 边界积分方程的建立和求解112
• 5.4.2 波浪扰动力的计算112-113
• 5.5 相邻两船在波浪中耦合运动的时域分析113-114
• 5.6 数值计算与分析114-123
• 5.6.1 数值算例114-117
• 5.6.2 辐射问题的计算结果与分析117-119
• 5.6.3 绕射问题的计算结果与分析119-121
• 5.6.4 波浪中相邻两船耦合运动的时域预报与分析121-123
• 5.7 本章小结123-124
• 第六章 船舶在波浪中运动的非线性时域混合格林函数法124-139
• 6.1 引言124
• 6.2 船体瞬时湿表面网格的生成124-126
• 6.3 非线性入射波力和静恢复力的计算126-129
• 6.4 船舶在波浪中的非线性时域运动预报129-130
• 6.5 数值计算与分析130-138
• 6.5.1 数值算例130
• 6.5.2 非线性入射波力的计算结果与分析130-132
• 6.5.3 非线性静恢复力的计算结果与分析132-135
• 6.5.4 波浪中船舶的非线性时域运动预报与分析135-138
• 6.6 本章小结138-139
• 第七章 总结与展望139-141
• 7.1 全文总结139-140
• 7.2 研究展望140-141
• 参考文献141-150
• 致谢150-152
• 攻读博士学位期间发表或录用的论文152

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 邹元杰,段文洋,任慧龙,宋竞正;船舶在波浪中脉动压力预报的三维方法[J];哈尔滨工程大学学报;2002年01期

2 韩旭亮;段文洋;;时域匹配直接边界元方法及其数值特性[J];哈尔滨工程大学学报;2013年07期

3 蔡泽伟,刘应中,严乃长;近水面三维物体运动的时域计算[J];水动力学研究与进展;1989年01期

4 张亮,戴遗山;近水面航行物体绕射问题的时域解[J];中国造船;1992年04期

5 周正全;张亮;戴遗山;;船舶在波浪中航行时绕射问题的线性时域解[J];中国造船;1993年03期

6 缪国平,刘应中,杨勤正,刘滋源;三维移动脉动源的Michell型表达[J];中国造船;1995年04期

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本文编号：641224