二维物体附连水及出入水边界元分析

发布时间：2017-09-03 19:36

  本文关键词：二维物体附连水及出入水边界元分析

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【摘要】：结构物入水和出水现象广泛出现于船舶的运行和海洋工程的作业中,如船舶在运行中与水面之间产生砰击即为结构物入水问题,而水下导弹的发射和救生船打捞作业等问题中则涉及结构物的出水问题。本文采用边界元方法对结构物入水和出水过程中附连水质量和流体对结构物的压力进行了计算,主要研究内容如下：首先,本文详细推导了二维常数边界元和二维线性边界元基本理论并对边界离散方程的建立和求解过程进行了详细的阐述,而后通过均匀来流和圆柱绕流两个典型算例验证了程序的正确性,并对两种边界元方法从理论基础到计算精度进行了比较和分析。第二,本文对二维剖面的附连水质量进行了计算。首先通过对无限流域内二维剖面垂向附连水质量的计算验证了结果的网格收敛性,而后对自由表面附近无限频率运动剖面的垂向附连水质量进行计算并对计算水箱尺寸对结果的影响进行了分析,最后通过对两个剖面之间三个方向的附连水质量的计算研究了双体间距对附连水质量的干扰效应。第三,基于von Karman T砰击力求解思想,结合自由表面的非线性边界条件,本文对楔形剖面砰击力和自由表面变化进行了计算和分析并与已有结果进行比对,计算结果与现有文献结果吻合良好。另外,本文对U形剖面和外漂型剖面砰击力进行了计算,分析了两种剖面砰击载荷随时间演变的不同特点。最后,本文对结构物出水过程中流体对结构物的作用力和自由液面的变化进行了计算和分析,自由表面同样采用了非线性边界条件。计算结果表明结构物在出水过程中流体作用于结构物上的力除浮力外,还有一垂直向下的拖曳力。本文的研究结果可以为入水和出水问题的进一步研究提供一种数值方法的新选择。
【关键词】：二维边界元 附连水质量 砰击 结构物入水 结构物出水
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.44
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 研究现状综述10-14
• 1.2.1 附连水质量研究10-11
• 1.2.2 结构物入水研究11-13
• 1.2.3 结构物出水研究13-14
• 1.3 本文研究内容14-15
• 2 二维边界元理论15-36
• 2.1 边界元理论推导15-17
• 2.1.1 坐标系以及边界正方向的规定15
• 2.1.2 边界节点与单元关系15-16
• 2.1.3 二维格林公式16
• 2.1.4 边界条件类型16-17
• 2.1.5 边界元方法思想17
• 2.2 常数边界元17-25
• 2.2.1 单元基本量17-18
• 2.2.2 影响系数矩阵求解18-21
• 2.2.3 单元边界条件类型21-22
• 2.2.4 算例1——均匀来流22-24
• 2.2.5 算例2——圆柱绕流24-25
• 2.3 线性边界元25-33
• 2.3.1 节点基本量25-26
• 2.3.2 影响系数矩阵求解26-30
• 2.3.3 节点边界条件类型30
• 2.3.4 算例1——均匀来流30-32
• 2.3.5 算例2——圆柱绕流32-33
• 2.4 常数边界元与线性边界元比较33-35
• 2.4.1 理论基础比较33
• 2.4.2 计算精度比较33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 二维剖面附连水质量计算36-46
• 3.1 附连水质量导出36-37
• 3.2 无限流域内简单形状垂向附连水质量计算37-39
• 3.3 考虑自由表面单体垂向附连水质量计算39-42
• 3.3.1 计算模型39
• 3.3.2 自由表面边界条件39-40
• 3.3.3 计算结果40-42
• 3.4 双体间距对附连水质量矩阵影响42-45
• 3.4.1 计算模型42
• 3.4.2 边界条件42-43
• 3.4.3 计算结果43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 4 二维剖面入水计算46-60
• 4.1 von Karman T砰击理论46-47
• 4.2 自由表面速度势变化和位移处理47-48
• 4.3 计算模型48-49
• 4.4 边界条件49-50
• 4.5 迭代过程50-52
• 4.6 楔形剖面52-55
• 4.6.1 自由液面变形52-53
• 4.6.2 压力分布53-54
• 4.6.3 砰击力54-55
• 4.7 U形剖面55-57
• 4.8 外漂型剖面57-59
• 4.9 本章小结59-60
• 5 二维剖面出水计算60-69
• 5.1 计算模型61-62
• 5.2 边界条件以及自由表面处理62
• 5.3 计算结果62-68
• 5.3.1 自由液面运动63-67
• 5.3.2 作用力计算结果67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 骆寒冰;徐慧;余建星;万正权;;舰船砰击载荷及结构动响应研究综述[J];船舶力学;2010年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 邹星;结构物出水过程的数值模拟[D];大连理工大学;2013年

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本文编号：786978