某些非線性水波問(wèn)題的同倫分析方法研究.pdf

1、非線性波浪理論是目前船舶和海洋工程水動(dòng)力學(xué)的熱點(diǎn)研究問(wèn)題。盡管非線性水波的研究有較長(zhǎng)的歷史，但是由于其困難性，非線性水波的領(lǐng)域仍然有大量的問(wèn)題存在。非線性水波領(lǐng)域還有很多的問(wèn)題亟待解決。隨著全球人口的增加，陸地上的資源已經(jīng)難以滿足要求，海洋正在成為人類的資源基地和第二生存空間。海洋資源開發(fā)利用首先依賴于海上工程設(shè)施，隨著海洋開發(fā)利用的規(guī)模日趨復(fù)雜和龐大，港口，海岸以及近海油氣開發(fā)不斷向深水發(fā)展，這些海洋平臺(tái)及船舶有可能承受實(shí)際海況下強(qiáng)非

2、線性波浪的作用，這些強(qiáng)非線性波浪的能量很集中，破壞力極大。非線性水波的研究在工程中有著廣泛的應(yīng)用。 求解非線性問(wèn)題的途徑有解析方法、數(shù)值方法、定性分析等。在計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展的今天，數(shù)值計(jì)算方法是求解非線性方程的主要方法。數(shù)值方法能夠求解復(fù)雜計(jì)算域的非線性問(wèn)題，而解析方法往往僅適用于具有簡(jiǎn)單計(jì)算區(qū)域的問(wèn)題。但是數(shù)值解經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)情況，因此計(jì)算起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。另外對(duì)于由奇點(diǎn)或多解的情況，數(shù)值方法經(jīng)常會(huì)失效。而解析方法則具有以下優(yōu)勢(shì)：

3、解析方法能為數(shù)值解提供有效驗(yàn)證；解析的表達(dá)式可以顯示不同物理量的影響和變化趨勢(shì)，看出變化過(guò)程，特別有利于參數(shù)的優(yōu)化；簡(jiǎn)單的解析表達(dá)式能夠快速的給出問(wèn)題的解。攝動(dòng)方法被廣泛地應(yīng)用于解析求解非線性問(wèn)題。通過(guò)攝動(dòng)方法，很多有趣的非線性現(xiàn)象和重要屬性被揭示出來(lái)。攝動(dòng)方法在科學(xué)和工程領(lǐng)域中起著重要的作用。然而，攝動(dòng)方法也有其自身的局限性。首先，攝動(dòng)方法必須依賴于某個(gè)小的或大的參數(shù)。很多非線性問(wèn)題，尤其是一些強(qiáng)非線性問(wèn)題，根本不包含這樣的小參數(shù)或大

4、參數(shù)。其次，攝動(dòng)方法通常只對(duì)弱非線性問(wèn)題有效，對(duì)于強(qiáng)非線性問(wèn)題，經(jīng)常得不到收斂的解。而近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的同倫分析方法完全不依賴小參數(shù)的，同時(shí)可以調(diào)節(jié)收斂區(qū)間和收斂速度。 本文采用了同倫分析方法求解非線性水波問(wèn)題，并且對(duì)同倫分析方法的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了拓展，對(duì)同倫分析方法中的初始猜測(cè)解給出了相關(guān)的討論。將同倫分析方法拓展到離散的微分方程，建立了新的算法，Difference differential equation-Homotopy

5、analysis method(DDE-HAM).并且給出了初始猜測(cè)解選擇的新的方法，是同倫分析方法更具普適性.又將同倫分析方法應(yīng)用到非線性淺水波和非線性深水波領(lǐng)域，這也是同倫分析方法首次用來(lái)解決深水包絡(luò)孤波和周期波群?jiǎn)栴}上. 本文所做工作充分表明了同倫分析方法一些顯著的特點(diǎn)，如不依賴于非線性方程中的小參數(shù)，可以有效地控制和調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)解的收斂區(qū)間和收斂速度。同時(shí)突出了同倫分析方法求解非線性問(wèn)題時(shí)的操作方便、適用性廣、靈活度高等優(yōu)點(diǎn)