船舶與海洋結(jié)構(gòu)物運(yùn)動(dòng)的三維時(shí)域匹配方法研究.pdf

1、隨著航運(yùn)業(yè)和海洋資源開發(fā)的快速發(fā)展，一些新型船舶和海洋平臺(tái)不斷出現(xiàn)。同時(shí)，由于環(huán)保與結(jié)構(gòu)安全性的要求日益提高，使得海洋結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析時(shí)需要更高的精度，這就迫切需要研究一種能合理預(yù)報(bào)船舶和平臺(tái)瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)與波浪載荷的方法。相對(duì)于頻域理論，時(shí)域理論在計(jì)算效率、精度和穩(wěn)定性方面還有一些問題需要解決。因而，研究能提高三維浮體水動(dòng)力計(jì)算效率、精度的時(shí)域方法以及開發(fā)相應(yīng)的計(jì)算程序具有重要意義。
　　對(duì)時(shí)域Green函數(shù)的數(shù)值計(jì)算進(jìn)行了深入研

2、究，采用精細(xì)時(shí)程積分方法對(duì)時(shí)域Green函數(shù)及其空間導(dǎo)數(shù)滿足的常微分方程進(jìn)行數(shù)值求解，針對(duì)此常微分方程的非定常特性，給出了應(yīng)用精細(xì)時(shí)程積分方法時(shí)難以確定的定常系數(shù)矩陣。觀察時(shí)域Green函數(shù)積分核的形式，其空間導(dǎo)數(shù)可由時(shí)域Green函數(shù)常微分方程不同階次的分量表達(dá)，減少了兩個(gè)常微分方程的計(jì)算，可以顯著的提高計(jì)算效率。時(shí)域Green函數(shù)及其空間導(dǎo)數(shù)的數(shù)值結(jié)果顯示此方法具有高效性、精確性以及穩(wěn)定性。
　　結(jié)合時(shí)域Green函數(shù)法、Ra

3、nkine源法的優(yōu)勢(shì)及局限點(diǎn)，將三維浮體計(jì)算域劃分為內(nèi)、外域。建立了在內(nèi)場(chǎng)采用Rankine源法，外場(chǎng)采用時(shí)域Green函數(shù)法，兩種方法的物理參數(shù)在內(nèi)、外域控制面上相匹配的數(shù)學(xué)模型。此數(shù)學(xué)模型的控制面為任意形狀，與時(shí)域Green函數(shù)相關(guān)的計(jì)算工作僅與控制面相關(guān)且與主尺度滿足比例關(guān)系，避免了繁瑣的制表插值過程，結(jié)合控制面、計(jì)算浮體和自由面的對(duì)稱性，可以顯著提高計(jì)算效率。根據(jù)此方法開發(fā)了一套計(jì)算程序，驗(yàn)證了該程序的可行性，同時(shí)為提高適用性以

4、半球?yàn)槔M(jìn)行了多方案驗(yàn)證。
　　在無航速匹配方法的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將此模型拓展應(yīng)用到有航速船舶與波浪相互作用問題，數(shù)值計(jì)算了有航速船舶的水動(dòng)力系數(shù)、記憶函數(shù)、波浪力等物理參數(shù)。據(jù)此開發(fā)了一套可用于計(jì)算有航速船舶與波浪相互作用問題的三維時(shí)域計(jì)算程序。
　　在研究以繞射速度勢(shì)計(jì)算三維船舶與海洋結(jié)構(gòu)物波浪力的同時(shí)，以無航速 Haskind關(guān)系為基礎(chǔ)，通過已經(jīng)得到的輻射速度勢(shì)推導(dǎo)出有航速情況下的Haskind關(guān)系用于計(jì)算船舶波