船舶航行的移動興波和波浪中運(yùn)動是船舶快速性與耐波性研究的基礎(chǔ),是船型設(shè)計(jì)和優(yōu)化中的重要研究內(nèi)容。當(dāng)前,船舶水動力學(xué)與性能研究正處于從線性頻域到非線性時(shí)域、從單一性能到綜合航行性能的研究發(fā)展趨勢之中。隨計(jì)算機(jī)與計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）越來越多地用于船舶航行興波和與波浪運(yùn)動模擬的研究,但CFD用于波浪相關(guān)的水動力問題分析計(jì)算的耗時(shí)特性清晰顯現(xiàn),很難滿足工程設(shè)計(jì)中快速高效計(jì)算預(yù)報(bào)水動力性能的要求。因此,船舶與海洋工程設(shè)計(jì)前期常用的主流商用軟件依然是基于勢流理論開發(fā)的,如WAMIT、SESAM、AQWA和HYDROSTAR等。但商用軟件也存在一些問題,它們大多基于線性頻域理論,難以處理分析非線性問題,對有航速船舶水動力分析與性能預(yù)報(bào)相對較弱,還不夠完善或完備。因此,論文就航行船舶的移動興波與波浪中運(yùn)動問題展開時(shí)域水動力分析研究,并試圖將兩者相結(jié)合,開發(fā)時(shí)域水動力分析數(shù)值程序,期望通過船舶線性和非線性移動興波、波浪中時(shí)域運(yùn)動、水動力載荷和二階波浪力等的計(jì)算研究,對傳統(tǒng)的船舶水動力數(shù)值方法提出改進(jìn),提高有航速船舶時(shí)域水動力分析的數(shù)值精度和穩(wěn)定性,拓寬勢流理論方法在船舶性能預(yù)報(bào)上的應(yīng)... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：232 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

計(jì)算坐標(biāo)系Fig.2-1Coordinatesystems

圖 2-2 流場和計(jì)算邊界示意Fig. 2-2 Sketch of flow domain and enclosing boundaries船舶和周圍流場如圖 2-2 所示，圖中fS 表示自由面，bS 為船體表面， S 制面。采用勢流理論求解流場運(yùn)動時(shí)假定流體各向同性、不可壓、無粘，，則流動有勢，并且速度勢在流場 內(nèi)滿足拉普拉斯方程。這樣問題可轉(zhuǎn)流場速度勢，考慮到船舶以等速直航，總速度勢可記為均勻來流勢（ U x坐標(biāo)系中的流場絕對速度勢（ ）之和。 U x (速度勢 的初邊值問題在參考坐標(biāo)系中定義如下： 20( ) , , t 01( )2ffU z x y StU g St 流域內(nèi)自由面 運(yùn)動學(xué)自由面 動力學(xué)(

圖 2-3 全局坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系中的 9 節(jié)點(diǎn)等參數(shù)單元. 2-3 Nine-nodes iso-parametric panel in physical and parametrical 3 所示為本文研究采用的雙二次 9 節(jié)點(diǎn)等參數(shù)單元，計(jì)算控制變量在邊界上的連續(xù)性，并且由于單元間共用了頂點(diǎn)，所以 的未知數(shù)數(shù)量相比其他高階面元法都要少。以 N 個單元為例精度，采用當(dāng)前的 9 節(jié)點(diǎn)等參數(shù)單元總的未知數(shù)目約為 4N的 高 階 面 元 法 ， 因 其 控 制 點(diǎn) 在 高 斯 點(diǎn) ， 所 以 總 的 未Gauss N，泰勒展開邊界元展開到二階時(shí)會出現(xiàn) 6 個系數(shù)，顯然對比見表 2-1。表 2-1 不同面元法離散 Ne個的單元時(shí)的未知數(shù)目1 Number of unknowns for different panel methods when there are 面元法 精度 未知數(shù)點(diǎn) HOBEM 二階 ≈4N次 NURBS 二階e Gauss N N

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高階面元法求解非線性船行波問題[J]. 王新宇,朱仁傳,陳曦,宋雅嵐.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(02)
[2]二維半理論的船舶運(yùn)動及波浪增阻計(jì)算適用性研究[J]. 李帥,朱仁傳,繆國平,洪亮,李裕龍.  水動力學(xué)研究與進(jìn)展（A輯）. 2017(02)
[3]粘性流中帶舭龍骨船體橫搖模擬及阻尼分析預(yù)報(bào)[J]. 蔣銀,朱仁傳,繆國平,楊春蕾.  中國造船. 2016(02)
[4]深水波頻域格林函數(shù)及其高階導(dǎo)數(shù)算法研究[J]. 段文洋,余冬華,沈艷.  船舶力學(xué). 2016(Z1)
[5]基于Rankine源高階面元法的船舶航行姿態(tài)與興波阻力計(jì)算[J]. 陳曦,朱仁傳,繆國平,范菊.  中國造船. 2015(03)
[6]開爾文源格林函數(shù)數(shù)值計(jì)算方法對比研究[J]. 姚朝幫,董文才.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2015(01)
[7]一種基于B樣條的船體及自由面面元生成方法[J]. 張偉,鄒早建.  上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(04)
[8]開爾文源格林函數(shù)數(shù)值積分方法[J]. 姚朝幫,董文才.  上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(01)
[9]三維頻域有航速格林函數(shù)的數(shù)值計(jì)算與分析[J]. 洪亮,朱仁傳,繆國平,范菊.  水動力學(xué)研究與進(jìn)展A輯. 2013(04)
[10]時(shí)域匹配直接邊界元方法及其數(shù)值特性[J]. 韓旭亮,段文洋.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2013(07)

博士論文
[1]時(shí)域混合格林函數(shù)法及波浪中船舶運(yùn)動的預(yù)報(bào)[D]. 唐愷.上海交通大學(xué) 2014
[2]基于新型節(jié)能推進(jìn)水翼的船舶耐波與操縱性能改進(jìn)研究[D]. 封培元.上海交通大學(xué) 2014
[3]船舶興波與浮體運(yùn)動的非線性現(xiàn)象研究[D]. 陳京普.中國艦船研究院 2011
[4]船舶與海洋結(jié)構(gòu)物運(yùn)動的三維時(shí)域方法及應(yīng)用[D]. 朱海榮.上海交通大學(xué) 2009
[5]高速船舶運(yùn)動與波浪載荷計(jì)算的二維半理論研究[D]. 馬山.哈爾濱工程大學(xué) 2005
[6]浮體在大幅波浪中的運(yùn)動和荷載計(jì)算研究[D]. 錢昆.大連理工大學(xué) 2004
[7]有航速三維浮體非線性波浪力數(shù)值計(jì)算研究[D]. 吳靜萍.武漢理工大學(xué) 2004
[8]非線性波浪與任意三維物體的相互作用[D]. 柏威.大連理工大學(xué) 2001

碩士論文
[1]FPSO在波浪中的運(yùn)動響應(yīng)的時(shí)域模擬[D]. 陳曦.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013



本文編號：3062413