本文關(guān)鍵詞：波浪中浮箱運動與三維液艙晃蕩的耦合研究

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【摘要】：當船舶受到波浪作用時會一定幅值的振蕩,如果船舶內(nèi)裝載液體,這種振蕩運動引起的液艙內(nèi)流體晃蕩與外部波浪作用會形成耦合效應作用在船體上,該耦合效應可能會導致船舶振蕩幅值的增大而引發(fā)危險情況,也可能對液艙產(chǎn)生較大的沖擊導致結(jié)構(gòu)的破壞。因此,對波浪作用下的船舶運動與液艙晃蕩的耦合效應進行研究是十分必要的。 本文對于外部波浪作用采用邊界元方法計算,因為邊界元法計算效率較高。對于液艙內(nèi)部流體晃蕩采用三維鏡像SPH數(shù)值模型進行模擬,因為SPH方法可以有效模擬波浪破碎。最后,通過脈沖響應函數(shù)方法解運動方程,實現(xiàn)了內(nèi)外流場相互作用的耦合,并用浮箱模擬船舶成功建立了波浪作用下浮箱運動與液艙晃蕩的耦合數(shù)值模型。 通過與其他數(shù)值結(jié)果和試驗結(jié)果的對比,驗證了本文的數(shù)學模型能有效模擬液體晃蕩和波浪激振耦合作用下的三維浮箱運動響應。SPH方法可以直接模擬艙內(nèi)流體大變形運動情況。相比空載情況,裝液浮箱會在某一特定入射波頻率產(chǎn)生一個運動響應幅值的峰值,這種峰值往往產(chǎn)生在容器內(nèi)液體自振頻率附近。這種運動幅值峰值的產(chǎn)生主要由液艙內(nèi)液體晃蕩產(chǎn)生的晃蕩力與浮箱外部波浪作用的激振力的相位差導致。當入射波頻接近但不超過晃蕩液體的最小自振頻率時,上述相位差則達到180°左右,液體晃蕩起抑制方箱運動作用。當入射波頻率超過晃蕩液體的自振頻率時,晃蕩力與波浪激振力的相位差變小,因而兩力相互累加造成浮箱運動幅值的增大。 進而對不同裝液寬度的浮箱進行了研究,結(jié)果表明浮箱運動響應幅值的變化趨勢不變,浮箱寬度的增加只是增強了晃蕩力對浮箱運動響應的影響作用。當晃蕩力與激振力相位差較大且晃蕩力小于激振力時,較寬的容器內(nèi)液體產(chǎn)生的晃蕩抑制容器運動的作用更加明顯。當晃蕩力與激振力相互疊加時,較寬的容器更容易引起大振幅的運動。此外,對于不同外部水深的研究結(jié)果表明,在本文研究的高頻波浪頻率范圍內(nèi),外部水深對浮箱運動幅值的影響不大。 最后對不同波高的規(guī)則波作用下的空箱和裝液浮箱運動響應試驗研究,本文發(fā)現(xiàn)固定頻率下不同入射波高引起的浮箱運動響應具有一定的非線性特征,入射波高越大,其非線性效果越強。低頻入射波高越大,浮箱運動響應幅值與波高的比值越小,高頻入射波高越大,浮箱運動響應幅值與波高的比值越大。
【關(guān)鍵詞】：液體晃蕩 SPH 鏡像邊界 耦合 勢流理論
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U661.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 工程背景和研究意義9
• 1.2 流體晃蕩耦合問題的研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 強迫運動容器內(nèi)的流體晃蕩問題9-11
• 1.2.2 波浪作用下船舶運動與液艙內(nèi)流體晃蕩的耦合作用問題11-12
• 1.3 本文工作12-13
• 2 液艙內(nèi)SPH數(shù)值模型建立及驗證13-33
• 2.1 基本思想13-14
• 2.2 光滑核函數(shù)14-17
• 2.3 控制方程17-19
• 2.3.1 動量方程17-18
• 2.3.2 連續(xù)方程18-19
• 2.3.3 狀態(tài)方程19
• 2.3.4 粒子移動19
• 2.3.5 能量方程19
• 2.4 數(shù)值技術(shù)19-26
• 2.4.1 密度計算19-21
• 2.4.2 核函數(shù)計算21
• 2.4.3 邊界處理21-23
• 2.4.4 鏈表搜索法23-24
• 2.4.5 時間步24-26
• 2.5 模型驗證26-33
• 2.5.1 容器橫蕩的數(shù)值模型驗證26-27
• 2.5.2 容器橫搖的數(shù)值模型驗證27-33
• 3 外場波浪作用的邊界元數(shù)值模型33-43
• 3.1 控制方程與邊界條件33-35
• 3.2 速度勢的分解及其對應的物面條件35-37
• 3.3 邊界積分方程的建立37-39
• 3.4 邊界積分方程的離散39-40
• 3.5 物體在波浪作用下的運動響應40-43
• 4 浮箱運動與液艙晃蕩的耦合數(shù)值分析43-61
• 4.1 耦合模型的建立43-48
• 4.2 耦合模型的驗證48-54
• 4.3 不同液箱寬度的影響分析54-57
• 4.4 不同外部水深的影響分析57-61
• 5 浮箱運動與液艙晃蕩的耦合試驗研究61-67
• 5.1 試驗布置及模型參數(shù)61-63
• 5.2 試驗分析63-64
• 5.3 變波幅試驗研究64-67
• 結(jié)論67-69
• 參考文獻69-73
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況73-74
• 致謝74-75

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 寧德志;宋偉華;滕斌;卓曉玲;;容器固有頻率對液體晃蕩的影響[J];海洋科學進展;2012年01期

2 李大鳴;陳海舟;張建偉;徐亞男;;基于SPH法的二維矩形液艙晃蕩研究[J];計算力學學報;2010年02期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 朱小松;粒子法的并行加速及在液體晃蕩研究中的應用[D];大連理工大學;2011年

2 耿寶磊;波浪對深海海洋平臺作用的時域模擬[D];大連理工大學;2010年

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本文編號：1105634