本文選題：高階邊界元法　切入點：空泡　出處：《中國艦船研究院》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：附加質(zhì)量是研究水下航行體操縱性、水下振動特性等的重要參數(shù)。當有空泡時,附著空泡改變了航行體的濕表面積,同時空泡面的變形也會對流場產(chǎn)生影響。因此,帶空泡航行體的附加質(zhì)量與全濕流中有很大不同,它不僅與航行體的外形有關(guān),還受到其運動過程的影響。考慮到實驗測量的困難,對該問題開展數(shù)值計算方法研究具有重要意義。本文編寫了三維高階邊界元法程序,研究了帶空泡航行體剛體運動和彎曲振動的附加質(zhì)量。主要包括以下內(nèi)容:1)采用非均勻有理B樣條(NURBS)表達邊界曲面,用B樣條表達源(匯)強、偶極強等未知量,用三次多項式變換方法處理面元奇異積分,通過配置點法形成最終的代數(shù)方程組,建立了基于NURBS的高階邊界元法。通過計算全濕流中的附加質(zhì)量驗證了方法和程序的可靠性。2)基于高階邊界元法計算了水下航行體的軸對稱定�？张菪螒B(tài)及流場。根據(jù)空泡獨立膨脹原理計算初始空泡外形,大幅減少了迭代步數(shù)。所得空泡形態(tài)與現(xiàn)有的實驗和數(shù)值計算結(jié)果吻合較好。在此基礎(chǔ)上,研究了航行體頭型錐角、空化數(shù)對定�？张菪螒B(tài)的影響。3)把Uhlman所建立的方法應(yīng)用到帶局部空泡的航行體,在頻域中計算了其軸向平移、橫向平移和轉(zhuǎn)動的附加質(zhì)量。研究了附加質(zhì)量與振蕩頻率、空化數(shù)、航行體頭型錐角等的關(guān)系。從空泡自由面變形對流場的影響出發(fā),對附加質(zhì)量與頻率的關(guān)系重新進行了解釋。4)將計算方法從剛體推廣到彈性體。采用有限元法計算航行體簡化模型的彎曲振動模態(tài)。利用推廣的邊界條件和表達式,研究了帶空泡航行體的各階彎曲振動模態(tài)、彎曲振動模態(tài)間耦合以及彎曲振動模態(tài)與剛體模態(tài)耦合的附加質(zhì)量,為采用干模態(tài)法解決帶空泡航行體的流固耦合響應(yīng)問題奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:The additional mass is an important parameter to study the maneuverability and vibration characteristics of underwater vehicle. When there is a cavitation, the attached cavitation changes the wet surface area of the vehicle, and the deformation of the cavitation surface also affects the flow field. The additional mass of a vehicle with a cavitation is quite different from that in a full wet flow. It is not only related to the shape of the vehicle, but also affected by its motion. It is of great significance to study the numerical method for this problem. In this paper, the program of three dimensional high order boundary element method is written. The additional mass of rigid body motion and bending vibration of a sailing body with cavitation is studied. The main contents are as follows: 1) the boundary surface is expressed by using non-uniform rational B-spline (Nurbs), and the unknown quantities such as strong source (sink) and dipole strong are represented by B-spline. The cubic polynomial transformation method is used to deal with the singular integral of plane elements, and the final algebraic equations are formed by collocation point method. The high order boundary element method based on NURBS is established. The reliability of the method and program is verified by calculating the additional mass in the total wet flow. (2) based on the high order boundary element method, the axisymmetric steady cavitation and flow field of underwater vehicle are calculated. According to the principle of independent expansion of cavitation, the shape of initial cavitation is calculated. The number of iterative steps is greatly reduced. The resulting cavitation morphology is in good agreement with the existing experimental and numerical results. On this basis, the head cone angle of the vehicle is studied. The effect of cavitation number on the shape of steady cavitation. 3) the method established by Uhlman is applied to the navigation body with local cavitation. The additional mass of axial translation, lateral translation and rotation are calculated in the frequency domain, and the additional mass and oscillatory frequency are studied. The relationship between cavitation number, head cone angle, etc., based on the effect of the deformation flow field on the free surface of cavitation, The relation between additional mass and frequency is reinterpreted. (4) the calculation method is extended from rigid body to elastic body. Finite element method is used to calculate the bending vibration mode of simplified model of navigational body. The generalized boundary conditions and expressions are used. In this paper, the bending vibration modes, the coupling between the bending vibration modes and the coupling between the bending vibration modes and the rigid body modes of a vehicle with cavitation are studied, and the additional mass of the coupling between the bending vibration modes and rigid body modes is studied. It lays a foundation for solving the fluid-solid coupling response problem of the vehicle with cavitation by dry mode method.
【學位授予單位】：中國艦船研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TJ6;U661.1

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王鵬;寧騰飛;孟鵬;;航行體水下點火三維流場數(shù)值模擬[J];西北工業(yè)大學學報;2012年06期

2 丁文鏡,羅仁凡,董琳,王樹桂;受控航行體水動參數(shù)的極大似然辨識[J];清華大學學報(自然科學版);1992年02期

3 權(quán)曉波;趙長見;王寶壽;邢福京;陳敏;;水中航行體繞流數(shù)值計算研究[J];船舶力學;2006年04期

4 劉玉秋;于開平;張嘉鐘;;水下非流線型航行體減阻的數(shù)值模擬與比較[J];工程力學;2007年02期

5 岳劍平;孫良義;賈建龍;;噴射航行體輻射噪聲機理分析[J];艦船科學技術(shù);2008年06期

6 孫堯;趙新華;莫宏偉;;水下超高速航行體的動力學建模及控制問題研究[J];哈爾濱工程大學學報;2008年02期

7 趙新華;孫堯;莫宏偉;李雪蓮;;水下超高速航行體縱向運動的控制方法研究[J];工程力學;2009年02期

8 韓云濤;孫堯;莫宏偉;;水下超高速航行體非線性魯棒控制器設(shè)計[J];武漢理工大學學報(交通科學與工程版);2010年02期

9 尤天慶;張嘉鐘;王聰;曹偉;;航行體出水過程頭部流場載荷特性分析[J];北京航空航天大學學報;2011年05期

10 歐陽凌浩;師子鋒;;半潛式航行體橫滾調(diào)整方式分析[J];艦船科學技術(shù);2013年02期

相關(guān)會議論文 前9條

1 呂瑞;;水下高速航行體的縱平面穩(wěn)定控制[A];2011年中國造船工程學會優(yōu)秀論文集[C];2012年

2 易文俊;張木;陳志華;譚俊杰;;水下高速航行體測速技術(shù)研究[A];第九屆全國水動力學學術(shù)會議暨第二十二屆全國水動力學研討會論文集[C];2009年

3 易文俊;熊天紅;王中原;;帶尾翼高速航行體的水動力布局結(jié)構(gòu)設(shè)計[A];第二十一屆全國水動力學研討會暨第八屆全國水動力學學術(shù)會議暨兩岸船舶與海洋工程水動力學研討會文集[C];2008年

4 韓用波;辛公正;劉登成;周偉新;董世湯;;水下高速航行體導管對轉(zhuǎn)槳設(shè)計方法[A];2013年船舶水動力學學術(shù)會議論文集[C];2013年

5 陳雄;吳乘勝;宋長友;田于逵;;大型航行體上層建筑影響下的甲板風場特性數(shù)值模擬及實測[A];2004全國結(jié)構(gòu)風工程實驗技術(shù)研討會論文集[C];2004年

6 宮兆新;曹嘉怡;魯傳敬;李杰;;發(fā)射參數(shù)對航行體水下運動的影響研究[A];第十三屆全國水動力學學術(shù)會議暨第二十六屆全國水動力學研討會論文集——B水動力學基礎(chǔ)[C];2014年

7 朱強;凌育進;;基于雙推進器小型水面無人航行體的精確自定位技術(shù)研究[A];2012航空試驗測試技術(shù)學術(shù)交流會論文集[C];2012年

8 易文俊;張木;譚俊杰;陳志華;;高速航行體自然超空泡數(shù)值模擬研究[A];第十一屆全國水動力學學術(shù)會議暨第二十四屆全國水動力學研討會并周培源誕辰110周年紀念大會文集（上冊）[C];2012年

9 王一偉;黃晨光;于嫻嫻;杜特專;;回轉(zhuǎn)航行體通氣云狀空泡非定常特性的大渦模擬研究[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

相關(guān)博士學位論文 前6條

1 王京華;超空泡航行體非線性動力學建模與控制設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

2 李雪蓮;水下超高速航行體微慣性測量組合設(shè)計及其相關(guān)技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學;2009年

3 趙新華;水下超高速航行體動力學建模與控制研究[D];哈爾濱工程大學;2008年

4 邢彥江;航行體非定�？张萘髁黧w動力特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

5 麻震宇;超空泡航行體結(jié)構(gòu)動力學仿真研究[D];國防科學技術(shù)大學;2012年

6 呂瑞;超空泡航行體動力學建模與姿態(tài)機動魯棒控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 崔震宇;水下發(fā)射航行體通氣空泡流動特性研究[D];北京理工大學;2016年

2 許昊;滑行及半滑行航行體通氣減阻特性數(shù)值研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

3 何振民;基于邊界元法的帶空泡航行體的附加質(zhì)量研究[D];中國艦船研究院;2016年

4 張永攀;水下高速航行體控制系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D];哈爾濱工程大學;2011年

5 陳玉;復雜海洋環(huán)境下航行體的水動力特性研究[D];哈爾濱工程大學;2012年

6 趙利娜;水下高速航行體系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學;2012年

7 仇洋;空腔排氣對航行體水下發(fā)射過程影響的數(shù)值模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

8 崔可;航行體出筒以及水下運動的水動力研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2012年

9 趙一帆;潛射航行體共架垂直發(fā)射流體動力特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

10 周炫成;不同波浪環(huán)境下航行體出水過程模擬及載荷特性分析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

，

本文編號：1651050