本文關(guān)鍵詞：FPSO在波浪中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的時(shí)域模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：浮式海洋平臺(tái)作業(yè)時(shí)大多需要長(zhǎng)期系泊于固定海域，遇到風(fēng)暴亦不能避航。因此在設(shè)計(jì)和建造之初能否準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)特定海況下船波相互作用對(duì)其安全操作至關(guān)重要。因?yàn)橛?jì)算條件的限制，以往的研究以及工程應(yīng)用中廣泛采用頻域勢(shì)流理論，近期，時(shí)域直接模擬技術(shù)越來(lái)越多的受到關(guān)注。本文以FPSO為研究對(duì)象，對(duì)船體在波浪中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了直接時(shí)域模擬，并且通過(guò)計(jì)算討論了甲板上浪載荷對(duì)船體運(yùn)動(dòng)的影響。 數(shù)值模擬采用高階面元，相比于普通面元法，高階元能夠更好的處理具有復(fù)雜表面的形體，尤其是表面曲率變化較大時(shí)。論文研究了高階面元法的具體實(shí)現(xiàn)，以及在采用三維勢(shì)流理論方法求解邊值問(wèn)題過(guò)程中，格林函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)積分奇異性的消除方法，計(jì)算分別采用三角坐標(biāo)變換和施加均勻位勢(shì)�；贔ortran語(yǔ)言開發(fā)了4節(jié)點(diǎn)和9節(jié)點(diǎn)的高階元程序，計(jì)算分析了定常流與物體的水動(dòng)力作用，驗(yàn)證了程序計(jì)算的準(zhǔn)確性。 在此基礎(chǔ)上，依據(jù)三維線性勢(shì)流理論，論文研究了求解時(shí)域無(wú)航速線性船波作用問(wèn)題的基本控制方程和計(jì)算流程，編寫了基于Rankine源法的時(shí)域數(shù)值模擬程序。對(duì)于Rankine源求解時(shí)的輻射條件問(wèn)題，通過(guò)采用增加阻尼層的辦法來(lái)處理，此外，，對(duì)計(jì)算域中的角點(diǎn)部分通過(guò)分布重節(jié)點(diǎn)來(lái)處理。最后，通過(guò)對(duì)規(guī)則圓柱和實(shí)船在波浪中運(yùn)動(dòng)的計(jì)算分析以及結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了程序求解的準(zhǔn)確性。 采用該程序進(jìn)一步在考慮甲板上浪載荷的情況下對(duì)FPSO在波浪中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬。其中甲板上浪流動(dòng)的計(jì)算采用淺水理論近似，通過(guò)與相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比討論了淺水理論的適用性以及局限性。得到上浪高度后根據(jù)牛頓定理計(jì)算上浪載荷，并將其施加于船體運(yùn)動(dòng)方程以考察耦合情況下船體運(yùn)動(dòng)結(jié)果，并與不考慮上浪載荷的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比討論。 采用Rankine源、高階面元和時(shí)域模擬等計(jì)算方式相比于以往的自由面-格林函數(shù)法、普通面元離散以及頻域理論，計(jì)算量大幅增加。為提高計(jì)算效率，論文將求解大型線性方程組的GMRES(m)算法引入程序求解邊界積分方程，對(duì)比了該算法和普通Gauss求解器的計(jì)算效率，并且討論了不同m值下迭代計(jì)算的收斂速度。此外，論文還基于Open MP將部分程序并行化，通過(guò)測(cè)試考察了加速效率。這兩部分優(yōu)化均提升了求解船波相互作用的時(shí)域直接模擬程序的實(shí)用性。
【關(guān)鍵詞】：FPSO運(yùn)動(dòng) 時(shí)域模擬 Rankine源 高階面元法 甲板上浪
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：U661.32
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 研究的目的和意義10-12
• 1.2 船舶波浪載荷和運(yùn)動(dòng)研究12-18
• 1.2.1 二維切片理論12-13
• 1.2.2 三維勢(shì)流理論13-17
• 1.2.3 高階面元法離散17-18
• 1.2.4 工程軟件18
• 1.3 甲板上浪研究綜述18-22
• 1.3.1 淺水理論描述甲板上流體運(yùn)動(dòng)19-20
• 1.3.2 非線性邊界元法描述初始條件20
• 1.3.3 CFD 方法模擬甲板上浪20-22
• 1.4 本文研究?jī)?nèi)容22-23
• 第2章 高階面元法的數(shù)值實(shí)現(xiàn)23-37
• 2.1 高階面元法基本原理23-25
• 2.2 邊界積分方程及其離散25-26
• 2.3 積分奇異性處理26-28
• 2.3.1 G 積分奇異性去除和固角系數(shù)計(jì)算26-27
• 2.3.2 G 積分奇異性去除27-28
• 2.4 程序流程28-31
• 2.5 算例驗(yàn)證31-36
• 2.5.1 三維球體的定常繞流問(wèn)題32-35
• 2.5.2 Wigley 船線性興波計(jì)算35-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第3章 船舶在波浪運(yùn)動(dòng)的時(shí)域模擬37-66
• 3.1 控制方程與擾動(dòng)勢(shì)求解37-41
• 3.1.1 坐標(biāo)系定義37-38
• 3.1.2 入射波描述38
• 3.1.3 擾動(dòng)勢(shì)求解38-40
• 3.1.4 物面與自由面交線處理40-41
• 3.2 船體運(yùn)動(dòng)求解41-45
• 3.2.1 運(yùn)動(dòng)方程建立41-42
• 3.2.2 時(shí)域求解數(shù)值方法42-44
• 3.2.3 程序流程44-45
• 3.3 程序加速優(yōu)化45-51
• 3.3.1 應(yīng)用重啟動(dòng)的 GMRES(m)方法求解積分方程45-48
• 3.3.2 基于 Open MP 構(gòu)造并行程序48-51
• 3.4 算例分析51-65
• 3.4.1 固定圓柱波浪繞射52-56
• 3.4.2 截?cái)鄨A柱輻射問(wèn)題56-58
• 3.4.3 自由漂浮圓柱運(yùn)動(dòng)58-60
• 3.4.4 波浪中船體運(yùn)動(dòng)60-65
• 3.5 本章小結(jié)65-66
• 第4章 考慮甲板上浪載荷的 FPSO 運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)66-80
• 4.1 淺水理論模擬甲板上浪流動(dòng)66-73
• 4.1.1 潰壩模型66-68
• 4.1.2 洪水波模型68-71
• 4.1.3 算例計(jì)算71-73
• 4.2 甲板上浪載荷的理論計(jì)算73-74
• 4.2.1 甲板上浪發(fā)生條件73
• 4.2.2 甲板上浪載荷73-74
• 4.3 波浪中船體運(yùn)動(dòng)和甲板上浪聯(lián)合預(yù)報(bào)74-78
• 4.3.1 上浪發(fā)生對(duì)應(yīng)頻率74-76
• 4.3.2 甲板上浪載荷76-77
• 4.3.3 船體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)77-78
• 4.4 本章小結(jié)78-80
• 結(jié)論80-82
• 參考文獻(xiàn)82-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文89-91
• 致謝91

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1 記者 張Z

本文編號(hào)：400623