基于SPH方法的波浪与圆形浮体相互作用研究
本文选题:SPH方法 + 波浪 ; 参考:《大连海洋大学》2017年硕士论文
【摘要】:本文主要运用一种基于拉格朗日的无网格粒子法,即光滑粒子流体动力学法(SPH方法),建立一种基于SPH方法的数值计算模型,模拟波浪和浮体的相互作用,通过建立数值模型,分析比较波浪与浮体相互作用的运动响应,从而将SPH方法运用到波浪作用下的浮体运动方程的建立和计算中,为人类开发利用海洋资源所需的浮体部分提供数值计算依据。本文的研究内容主要包括以下几个部分:首先,介绍SPH方法的基本理论和基本思想,引进光滑函数的构造条件和类型,概括SPH方法的控制方程,并对SPH粒子的运动进行介绍,同时简述了SPH方法的数值技术以及SPH程序的实现过程。其次,基于SPH方法建立了三种不同的自由表面流体运动的数值模型:一是建立溃坝数值模型,模拟溃坝形成过程中水体自由流动、水体与壁面撞击产生水花,进而反射形成波浪的物理过程;二是建立楔体入水数值模型,模拟楔体入水时,水体表面受到楔体的挤压,在重力、压力和表面张力等多种因素的共同作用下,自由液面随着楔体的下降产生压力,从而形成喷射的过程;三是建立水体绕流运动数值模型,模拟水流对方形浮体的冲击作用和水流遇到障碍物的绕流现象。第三,基于SPH方法建立了数值波浪水槽模型,通过推波板进行造波,将推波板的位移方程用SPH方法进行数值模拟,同时介绍了两种消波方法,主动吸收式造波和粘性消波。最后,基于SPH方法建立波浪与浮体的运动模型,模拟并分析了波浪作用下方形、圆环形、双圆环形的浮体运动响应,通过这三种不同形状浮体的速度、位移、纵荡、横荡、升沉、横摇、纵摇以及回转来进行数据分析,并将方形浮体的模拟值与试验值进行对比验证,同时进行不同波况下的圆环形浮体运动响应分析,从而为浮体的数值计算提供依据。
[Abstract]:In this paper, a meshless particle method based on Lagrangian, that is, smooth particle hydrodynamic method, is used to establish a numerical model based on SPH method to simulate the interaction between waves and floating bodies. By analyzing and comparing the motion response of wave and floating body interaction, the SPH method is applied to the establishment and calculation of the floating body motion equation under the wave action, which provides the basis for the numerical calculation of the floating body part needed for human exploitation and utilization of marine resources. The main contents of this paper are as follows: firstly, the basic theory and idea of SPH method are introduced, the construction conditions and types of smooth functions are introduced, the governing equations of SPH method are summarized, and the motion of SPH particles is introduced. At the same time, the numerical technique of SPH method and the realization of SPH program are introduced. Secondly, based on the SPH method, three kinds of numerical models of free surface fluid movement are established: first, the numerical model of dam break is established to simulate the free flow of water during dam break formation, and the water spray is produced by the collision between water body and wall. Then the physical process of wave formation is reflected. Secondly, a numerical model of wedge entry is established to simulate the compression of the water surface by the wedge, under the combined action of gravity, pressure and surface tension. The free surface produces the pressure with the decline of the wedge, which forms the process of jet. Thirdly, the numerical model of the flow around the water body is established to simulate the impact of the flow on the square floating body and the phenomenon of the flow around obstacles. Thirdly, the numerical wave flume model is established based on the SPH method. The displacement equation of the plate is numerically simulated by the SPH method. Two wave elimination methods, active absorption wave generation and viscous wave suppression, are introduced. Finally, based on the SPH method, the motion model of wave and floating body is established, and the motion response of square, circular and double ring floating body under wave action is simulated and analyzed. Through the velocity, displacement, longitudinal swing and swinging of the three different shapes of floating body, the motion response of the floating body is simulated and analyzed. The data are analyzed by heave, roll, pitch and rotation, and the simulated values of the square floating body are compared with the experimental data, and the motion response of the circular floating body under different wave conditions is analyzed. Therefore, it provides the basis for the numerical calculation of floating body.
【学位授予单位】:大连海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P75;P731.2
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,本文编号:1866571
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