当前位置:主页 > 科技论文 > 水利工程论文 >

预修正快速傅里叶变换方法在多浮体结构水动力问题中的应用研究

发布时间:2019-03-09 20:49
【摘要】:边界元方法具有高精度和降维等优点,被广泛应用于波浪与结构物相互作用的水动力问题的研究中。但在离散边界积分方程所形成的线性方程组中,系数矩阵为大型非对称的稠密矩阵,方程组的求解耗费大量计算机资源,严重限制了该方法所能处理的问题的规模。探索可用于大型复杂多浮体结构水动力分析的预修正快速傅里叶变换(precorrected Fast Fourier Transform,简称pFFT)边界元方法是本研究的主要目标。预修正快速傅里叶变换(pFFT)方法可以处理任意形式格林函数问题,该方法将面元之间的相互影响分为近场和远场两部分,远场积分的计算采用将面元投影到位于均匀网格的等效奇点来近似计算,近场积分则采用直接积分方法进行计算。事实上,所有的点状奇点都位于均匀网格上。该特性使得由点状奇点所产生的速度势可以通过快速傅里叶变换方法快速求得。结合基于广义最小残量法(GMRES)的迭代方法求解线性方程组,pFFT方法可以将边界元方法的计算复杂度由O(N3)降低至O(N log N),其中N为边界控制点个数。经过科学严谨的算例验证,本研究发展的pFFT边界单元方法完全可以解决大型复杂结构水动力问题。为了能够求解复杂三维结构的水动力问题,本文探索了一种基于有限元和边界元耦合的建模及数据提取方法。针对结构物中常见的模型几何奇异性问题,提出了双重以及多重节点重置法,有效解决了典型高阶边界元方法中加权平均所导致的几何奇异性,进一步提高了水动力问题的计算精度。对于流场问题,采用了可以直接对边界高阶奇异积分方程求解的解析方法,计算结果具有很高的精度。应用Newman的广义运动模态分解方法和拉格朗日乘子法,基于波浪辐射和绕射理论建立了多浮体结构水动力响应的运动方程,应用pFFT方法分别对自由漂浮、刚性连接或铰接约束条件下,由多个浮式、潜式极薄板组成的多浮体结构水动力问题进行了分析,得到了结构的透射系数、反射系数、附加质量、阻尼系数、波浪力、运动响应RAO以及域内速度场分布。数值结果表明该pFFT方法计算精度和计算速度很高,可以用于任意结构形式,任意约束条件下多浮体系统的水动力分析。
[Abstract]:The boundary element method (BEM), which has the advantages of high accuracy and dimension reduction, has been widely used in the study of hydrodynamic problems of wave-structure interaction. However, in the linear equations formed by discrete boundary integral equations, the coefficient matrix is a large asymmetric dense matrix, and the solution of the equations consumes a lot of computer resources, which seriously limits the scale of the problems that this method can deal with. It is the main objective of this study to explore the pre-revised Fast Fourier transform (precorrected Fast Fourier Transform,) pFFT boundary element method which can be used in hydrodynamic analysis of large complex multi-floating structures. The pre-revised Fast Fourier transform (pFFT) method can deal with any form of Green's function problem. In this method, the interaction between surface elements is divided into two parts: near-field and far-field. The far-field integral is approximately calculated by projecting the surface element onto the equivalent singular point on the uniform grid, while the near-field integral is calculated by the direct integration method. In fact, all the pointwise singularities are on the uniform mesh. This property enables the velocity potential generated by the point singularity to be quickly obtained by the Fast Fourier transform (FFT) method. Combined with the iterative method based on the generalized minimum residual method (GMRES) to solve the linear equations, the pFFT method can reduce the computational complexity of the BEM from O (N3) to O (N log N), where N is the number of boundary control points. The numerical results show that the pFFT boundary element method developed in this paper can solve the hydrodynamic problems of large and complex structures. In order to solve the hydrodynamic problem of complex three-dimensional structure, a method of modeling and data extraction based on the coupling of finite element and boundary element is explored in this paper. In order to solve the geometric singularity problem of model in structures, a double and multiple node rearrangement method is proposed, which effectively solves the geometric singularity caused by weighted averaging in the typical high order boundary element method. The calculation precision of hydrodynamic problem is further improved. For the flow field problem, the analytical method which can directly solve the higher order singular integral equation with boundary is adopted, and the calculation results have high accuracy. Based on the theory of wave radiation and diffraction, the equations of motion for hydrodynamic response of multi-floating structures are established by using Newman's generalized motional mode decomposition method and Lagrangian multiplier method. The pFFT method is applied to free floating respectively. Under the condition of rigid connection or hinged constraint, the hydrodynamic problem of multi-floating structure composed of several floating and submerged polar plates is analyzed. The transmission coefficient, reflection coefficient, additional mass, damping coefficient and wave force of the structure are obtained. The motion response RAO and the velocity field distribution in the domain. The numerical results show that the pFFT method can be used for hydrodynamic analysis of multi-floating system under arbitrary structure and constraint conditions because of its high calculation accuracy and calculation speed.
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TV131.2

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 朱林生,黄素逸,戴遗山;浮体运动时域解的奇异性讨论[J];华中理工大学学报(社会科学版);1994年01期

2 陈徐均;施杰;于群力;黄光远;;水流作用下锚泊浮体平衡位置及姿态的求解方法[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2007年04期

3 唐伟峰;孙锦;;某漂浮体漂浮稳定性研究[J];海军航空工程学院学报;2012年05期

4 张东峰;海上漂浮机场──超大型浮体的研制[J];国外科技动态;2000年06期

5 沈庆,陈徐均;系泊多浮体系统流固耦合和浮体间耦合动力分析[J];中国造船;2002年02期

6 曾东;叶恒奎;孙江龙;;箱式浮体在波浪中的运动分析[J];中国舰船研究;2006年Z1期

7 王建方;李辉辉;徐正强;;两浮体在波浪中二阶漂移力的三维方法研究[J];船舶;2008年02期

8 林建国,陶尧森;浮体浅水非线性波动问题的 Boussinesq 方程求解方法[J];上海交通大学学报;1997年02期

9 万志男;;超大型浮体的水弹性响应分析[J];中国水运(下半月);2014年01期

10 侯宝隆;一座巨型海上浮体构筑物的设计与研究[J];工业建筑;2001年09期

相关会议论文 前10条

1 陈徐均;吴有生;崔维成;孙芦忠;;系泊浮体水弹性分析一阶主坐标的频率特征[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2001年

2 韩旭亮;段文洋;马山;;多浮体靠近作业水动力时域分析[A];纪念顾懋祥院士海洋工程学术研讨会论文集[C];2011年

3 韩满生;张淑华;;超大型浮体结构水弹性响应板模型分析[A];第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集[C];2005年

4 朱仁传;缪国平;尤云祥;李根国;;小间隙对多浮体系统水动力性能的影响[A];第七届全国水动力学学术会议暨第十九届全国水动力学研讨会文集(下册)[C];2005年

5 黄树权;黄少峰;黄国富;徐杰;;浮体一字门动水启闭过程的数值模拟研究[A];第二十三届全国水动力学研讨会暨第十届全国水动力学学术会议文集[C];2011年

6 孙昭晨;王环宇;;铰接多浮体耦合解析计算[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年

7 张天宇;韩荣贵;李磊;;浮体剖面载荷的几种计算方法[A];纪念顾懋祥院士海洋工程学术研讨会论文集[C];2011年

8 张淑华;胡金枝;韩满生;;用梁模型定性分析超大型浮体水弹性响应若干性质[A];第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集[C];2005年

9 王桂波;勾莹;滕斌;张建侨;;波浪与铰接多浮体系统相互作用的数值分析[A];第十六届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2013年

10 吴必军;刁向红;张运秋;盛松伟;;双圆柱形浮体波能装置波浪激励力计算[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会第三届学术讨论会论文集[C];2010年

相关重要报纸文章 前5条

1 记者 严运涛 通讯员 黄玲;世界最大水下浮体揭秘[N];湖北日报;2013年

2 赵之慧;浮式生产储油卸油装置水下浮体专利现状分析[N];中国知识产权报;2014年

3 记者严运涛 通讯员黄玲 王宇;武船造出世界最大水下浮体[N];湖北日报;2013年

4 武萱;武船建成世界最大水下浮体[N];中国船舶报;2013年

5 高原;世界最大深海浮体交付巴西[N];中国矿业报;2013年

相关博士学位论文 前6条

1 陈徐均;浮体二阶非线性水弹性力学分析方法[D];中国船舶科学研究中心;2001年

2 刘文玺;基于高阶面元的浮体运动与波浪载荷计算方法[D];哈尔滨工程大学;2009年

3 勾莹;快速多极子方法在多浮体和水弹性问题中的应用[D];大连理工大学;2006年

4 赵存宝;超大型浮体结构水弹性问题研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

5 何建;大型非对称浮体结构整体破坏分析[D];哈尔滨工程大学;2005年

6 钱昆;浮体在大幅波浪中的运动和荷载计算研究[D];大连理工大学;2004年

相关硕士学位论文 前10条

1 顾海英;超大型浮体波浪载荷特性研究[D];江苏科技大学;2015年

2 何啸;海洋漂浮式光伏发电装置性能研究[D];宁波大学;2014年

3 张德贺;自由双浮体间狭缝水动力共振的强非线性分析[D];哈尔滨工业大学;2016年

4 曹光磊;波浪与系泊多浮体系统耦合作用的时域数值研究[D];大连理工大学;2016年

5 张荣文;基于ARM的海上浮体综合信息采集传输系统设计与实现[D];大连理工大学;2016年

6 曾东;箱式浮体在波浪中的运动分析[D];华中科技大学;2007年

7 朱越星;船型系泊浮体在破损情况下的运动研究[D];天津大学;2008年

8 陶戈丹;浮体艏向控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

9 戴捷;两个浮体在规则波中受到的漂移力[D];哈尔滨工程大学;2007年

10 彭景环;海上浮托安装中多浮体水动力耦合作用研究[D];上海交通大学;2011年



本文编号:2437832

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/shuiwenshuili/2437832.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户8bb14***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com