本文關(guān)鍵詞：SPH算法改進(jìn)及在晃蕩與入水中的應(yīng)用

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【摘要】：自由表面流動問題是船舶水動力學(xué)中一類重要的問題。因此,對此類問題進(jìn)行精確而高效的數(shù)值模擬具有重要的意義。光滑粒子流體動力學(xué)(SPH)方法由于其無網(wǎng)格、粒子類方法的特性,在對此類問題的研究上具有天然的優(yōu)勢。然而,傳統(tǒng)SPH方法在處理自由表面流動問題時存在一些問題。本文針對自由表面流動問題,對SPH方法進(jìn)行了算法改進(jìn)研究,并應(yīng)用于晃蕩和入水這兩類問題。 不可壓縮SPH (ISPH)模型和弱可壓縮SPH (WCSPH)模型是SPH方法實現(xiàn)的兩種途徑。以往的研究者一般認(rèn)為ISPH模型優(yōu)于或者不弱于WCSPH模型。但是,該結(jié)論僅針對無自由表面的水動力問題,而未考慮自由表面的變形、破碎等現(xiàn)象對于ISPH模型的穩(wěn)定性和精度的影響。本文對兩種SPH模型在自由表面流動問題上的適用性進(jìn)行了比較性研究,發(fā)現(xiàn)在自由表面流動問題的數(shù)值模擬中,WCSPH模型比ISPH模型具有更高的計算精度和穩(wěn)定性,并且在計算規(guī)模增大時體現(xiàn)出更好的計算效率。 固定邊界條件的施加是SPH方法中的一個難點問題。本文對耦合動力學(xué)固定邊界條件進(jìn)行了改進(jìn),消除了初始固壁壓力振蕩的現(xiàn)象；同時,引入了一種新的固壁壓力測量方法,獲得了更為精確的固壁壓力值。運用改進(jìn)的WCSPH模型,本文對晃蕩過程中液艙固定邊界上的壓力變化規(guī)律進(jìn)行了研究,并結(jié)合試驗結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明,改進(jìn)的WCSPH可以獲得穩(wěn)定的壓力場和準(zhǔn)確的固壁壓力曲線。 入水問題是船舶水動力學(xué)非常關(guān)注的一個問題。傳統(tǒng)的平板型底面在入水過程中會受到巨大的砰擊壓力,對船舶的穩(wěn)定性和安全性造成影響。針對此問題,本文應(yīng)用改進(jìn)的WCSPH模型對幾種不同底部形式結(jié)構(gòu)物的入水砰擊壓力進(jìn)行了比較性的研究,總結(jié)出具有最穩(wěn)定和高效的減壓效果的底部形式。同時,本文還分析了入水砰擊的降壓機(jī)理,對今后的工程設(shè)計具有一定的參考意義。
【關(guān)鍵詞】：光滑粒子流體動力學(xué) 自由表面流 固定邊界 晃蕩 入水
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U661.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-15
• 1.1 研究的背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)況11-12
• 1.2.1 SPH算法改進(jìn)研究現(xiàn)況11-12
• 1.2.2 SPH在晃蕩和入水中的研究現(xiàn)況12
• 1.3 本文的主要工作12-15
• 2 控制方程與SPH算法介紹15-26
• 2.1 控制方程15-16
• 2.2 SPH算法介紹16-25
• 2.2.1 核近似與核函數(shù)16-19
• 2.2.2 粒子近似19-20
• 2.2.3 連續(xù)性方程和動量方程的SPH離散20-21
• 2.2.4 粘性21-22
• 2.2.5 壓力不穩(wěn)定性機(jī)理分析及修正方法22-24
• 2.2.6 張力不穩(wěn)定性機(jī)理分析及修正方法24-25
• 2.2.7 其他問題25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 3 SPH模型比較與選擇26-43
• 3.1 不可壓縮SPH(ISPH)模型26-29
• 3.1.1 壓力的求解：Poisson壓力方程26-27
• 3.1.2 SPH投影法27-28
• 3.1.3 邊界處理28-29
• 3.2 弱可壓縮SPH(WCSPH)模型29-31
• 3.2.1 壓力的求解：狀態(tài)方程29-30
• 3.2.2 時間積分：預(yù)估-校正法30
• 3.2.3 邊界處理30-31
• 3.3 兩種SPH模型在自由表面流動問題中的比較分析31-42
• 3.3.1 靜水壓力比較分析31-34
• 3.3.2 沖擊性水動力問題比較分析34-39
• 3.3.3 周期性水動力問題比較分析39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 4 固定邊界條件的改進(jìn)及在晃蕩問題中的應(yīng)用43-59
• 4.1 斥力邊界條件和動力學(xué)邊界條件43-45
• 4.1.1 斥力邊界條件43-44
• 4.1.2 動力學(xué)邊界條件44
• 4.1.3 優(yōu)缺點分析44-45
• 4.2 耦合動力學(xué)邊界條件45-47
• 4.3 一種新的固定邊界壓力測量方法47-49
• 4.4 改進(jìn)的WCSPH模型在晃蕩問題中的應(yīng)用49-57
• 4.4.1 試驗研究49-51
• 4.4.2 WCSPH模型驗證51-52
• 4.4.3 WCSPH模型對晃蕩的模擬52-57
• 4.5 本章小結(jié)57-59
• 5 WCSPH模型在入水問題中的應(yīng)用59-78
• 5.1 問題背景59
• 5.2 物理模型59-60
• 5.3 WCSPH模型驗證60-65
• 5.3.1 精度與穩(wěn)定性驗證61-64
• 5.3.2 網(wǎng)格無關(guān)性驗證64-65
• 5.4 數(shù)值計算結(jié)果65-74
• 5.4.1 Case 1：一個空腔65-69
• 5.4.2 Case 2：三個空腔69-74
• 5.5 結(jié)果比較與機(jī)理分析74-77
• 5.5.1 整體加速度比較74-75
• 5.5.2 局部壓力峰值比較75-76
• 5.5.3 減壓機(jī)理分析76-77
• 5.6 本章小結(jié)77-78
• 結(jié)論78-79
• 參考文獻(xiàn)79-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況84-85
• 致謝85-87

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 ;On the treatment of solid boundary in smoothed particle hydrodynamics[J];Science China(Technological Sciences);2012年01期

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本文編號：639012