基于Rankine源的艦船波浪載荷時(shí)域計(jì)算方法研究

1、基于Rankine源的艦船波浪載荷時(shí)域計(jì)算方法研究    英文題名 Study on Ship Motion and Wave Loads Calculation Method in Time Domain Based on Rankine Panel Method  關(guān)鍵詞 有航速; 網(wǎng)格自動(dòng)生成; Rankine源; 時(shí)域; 數(shù)值海岸; 自動(dòng)舵; 英文關(guān)鍵詞 Forward speed; Auto-generating of mesh; Rankine panel method; Time domain; Numerical beach;

2、Autopilot; 中文摘要 隨著新型高速船舶的不斷涌現(xiàn),航速對(duì)于艦船運(yùn)動(dòng)與波浪載荷的影響愈加顯著。合理考慮航速效應(yīng),研究一種能夠準(zhǔn)確預(yù)報(bào)艦船運(yùn)動(dòng)與波浪載荷的計(jì)算方法,具有非常重要的意義。本文基于Rankine源方法,對(duì)高航速船舶運(yùn)動(dòng)和波浪載荷的三維時(shí)域非線性計(jì)算方法進(jìn)行了研究,主要工作有： 1.基于累加弦長三次參數(shù)樣條函數(shù),提出一種可廣泛應(yīng)用于船舶濕表面和自由表面網(wǎng)格的自動(dòng)生成方法。為采用Rankine源方法求解水動(dòng)力問題提供前提條件。 2.基于三維線性勢流理論,建立有航速船體擾動(dòng)流場速度勢的定解條件。引入人工數(shù)值海岸方法,完善了散射勢的遠(yuǎn)方輻射條件。然后應(yīng)用Rankine源方法求解輻射勢

3、和繞射勢。 3.考慮由于瞬時(shí)物面變化引起的非線性因素,在時(shí)域內(nèi)建立船體非線性運(yùn)動(dòng)方程并求解。引入自動(dòng)舵模型,解決運(yùn)動(dòng)方程在時(shí)域內(nèi)求解的發(fā)散問題。 4.應(yīng)用本文提出方法,以一條集裝箱船為例,計(jì)算了該船在不同波浪條件下的船舶運(yùn)動(dòng)和波浪載荷。將計(jì)算結(jié)果與三維線性頻域自由面Green方法和Wasim軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較驗(yàn)證。 英文摘要 With the continuous appearance of new style ships with high speed, the effects of speed to ship motions and wave loads are more obvio

4、us. It is very meaningful to study a reasonable prediction method of ship motion and wave loads, in which the effect of speed is considered reasonably. In this paper, a study of 3-D nonlinear ship motions and  摘要 5-6 ABSTRACT 6 第1章 緒論 10-19     1.1 課題研究的目的與意義 10-11   &#

5、160; 1.2 國內(nèi)外研究綜述 11-18         1.2.1 切片理論 11-13         1.2.2 統(tǒng)一細(xì)長體理論 13         1.2.3 二維半理論 13-14         1.2.4 三維水動(dòng)力理論 14-18     1.3 本文的主要工作 18

6、-19 第2章 網(wǎng)格的自動(dòng)生成方法 19-33     2.1 概述 19     2.2 船體濕表面網(wǎng)格劃分 19-29         2.2.1 幾種插值算法的對(duì)比與選擇 19-25         2.2.2 船體濕表面網(wǎng)格的自動(dòng)生成 25-27         2.2.3 船體濕表面網(wǎng)格算例 27-29  &

7、#160;  2.3 船體外部自由面的網(wǎng)格劃分 29-32         2.3.1 船體外部自由面的網(wǎng)格自動(dòng)生成 29-31         2.3.2 船體外部自由面算例 31-32     2.4 本章小結(jié) 32-33 第3章 基于Rankine源方法的波浪載荷計(jì)算原理 33-48     3.1 概述 33     3.2 流場速度勢的基本闡述 3

8、3-39         3.2.1 前提假設(shè) 33-34         3.2.2 坐標(biāo)系選取 34-35         3.2.3 入射波描述 35-36         3.2.4 流場速度勢的分解 36-37         3.2.5

9、流場速度勢的定解條件 37-39     3.3 非定常擾動(dòng)勢求解的源匯分布法 39-41         3.3.1 分布源積分方程的建立 39-40         3.3.2 面元法 40-41     3.4 浮體非線性運(yùn)動(dòng)方程 41-44         3.4.1 浮體質(zhì)量矩陣 41-42   &

10、#160;     3.4.2 作用在浮體上的非線性流體載荷 42-43         3.4.3 求解常微分方程組初值問題的數(shù)值方法 43-44     3.5 浮體表面非線性壓力和剖面非線性波浪載荷 44-47         3.5.1 浮體濕表面的脈動(dòng)壓力 44         3.5.2 浮體剖面載荷響應(yīng)

11、44-47     3.6 本章小結(jié) 47-48 第4章 基于Rankine源方法的難點(diǎn)分析 48-65     4.1 概述 48     4.2 輻射條件的滿足 48-52         4.2.1 數(shù)值海岸的基本描述 48-49         4.2.2 數(shù)值海岸的數(shù)學(xué)模型 49-50       

12、  4.2.3 數(shù)值海岸的使用形式和范圍 50-52     4.3 差分誤差的解決方法 52-59         4.3.1 差分格式的誤差分析 52-55         4.3.2 解決方法 55-58         4.3.3 差分阻尼因子對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響 58-59     4.4 斜浪求解發(fā)散 59-6

13、3         4.4.1 斜浪求解發(fā)散問題的引入 59-60         4.4.2 舵的數(shù)學(xué)模型 60-62         4.4.3 計(jì)算實(shí)例 62-63     4.5 本章小結(jié) 63-65 第5章 波浪中運(yùn)動(dòng)物體的數(shù)值結(jié)果 65-88     5.1 概述 65-66     5

14、.2 航速間對(duì)比 66-68     5.3 計(jì)算方法對(duì)比 68-87         5.3.1 零航速運(yùn)動(dòng)對(duì)比 68-73         5.3.2 中等航速運(yùn)動(dòng)比較 73-79         5.3.3 高航速運(yùn)動(dòng)比較 79-86         5.3.4 計(jì)算結(jié)果分析 86-

15、87     5.4 本章小結(jié) 87-88 結(jié)論 88-90 參考文獻(xiàn) 90-98         3.3.2 面元法 40-41     3.4 浮體非線性運(yùn)動(dòng)方程 41-44         3.4.1 浮體質(zhì)量矩陣 41-42         3.4.2 作用在浮體上的非線性流體載荷 42-43   &

16、#160;     3.4.3 求解常微分方程組初值問題的數(shù)值方法 43-44     3.5 浮體表面非線性壓力和剖面非線性波浪載荷 44-47         3.5.1 浮體濕表面的脈動(dòng)壓力 44         3.5.2 浮體剖面載荷響應(yīng) 44-47     3.6 本章小結(jié) 47-48 第4章 基于Rankine源方法的難點(diǎn)分析 48-65 &#

17、160;   4.1 概述 48     4.2 輻射條件的滿足 48-52         4.2.1 數(shù)值海岸的基本描述 48-49         4.2.2 數(shù)值海岸的數(shù)學(xué)模型 49-50         4.2.3 數(shù)值海岸的使用形式和范圍 50-52     4.3 差分誤差的解決方法 52-59

18、         4.3.1 差分格式的誤差分析 52-55         4.3.2 解決方法 55-58         4.3.3 差分阻尼因子對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響 58-59     4.4 斜浪求解發(fā)散 59-63         4.4.1 斜浪求解發(fā)散問題的引入 59-60 &

19、#160;       4.4.2 舵的數(shù)學(xué)模型 60-62         4.4.3 計(jì)算實(shí)例 62-63     4.5 本章小結(jié) 63-65 第5章 波浪中運(yùn)動(dòng)物體的數(shù)值結(jié)果 65-88     5.1 概述 65-66     5.2 航速間對(duì)比 66-68     5.3 計(jì)算方法對(duì)比 68-87    &

20、#160;    5.3.1 零航速運(yùn)動(dòng)對(duì)比 68-73         5.3.2 中等航速運(yùn)動(dòng)比較 73-79         5.3.3 高航速運(yùn)動(dòng)比較 79-86         5.3.4 計(jì)算結(jié)果分析 86-87     5.4 本章小結(jié) 87-88 結(jié)論 88-90 參考文獻(xiàn) 90-98   &

21、#160;     3.3.2 面元法 40-41     3.4 浮體非線性運(yùn)動(dòng)方程 41-44         3.4.1 浮體質(zhì)量矩陣 41-42         3.4.2 作用在浮體上的非線性流體載荷 42-43         3.4.3 求解常微分方程組初值問題的數(shù)值方法 43-44  

22、0;  3.5 浮體表面非線性壓力和剖面非線性波浪載荷 44-47         3.5.1 浮體濕表面的脈動(dòng)壓力 44         3.5.2 浮體剖面載荷響應(yīng) 44-47     3.6 本章小結(jié) 47-48 第4章 基于Rankine源方法的難點(diǎn)分析 48-65     4.1 概述 48     4.2 輻射條件的滿足 48-52  

23、       4.2.1 數(shù)值海岸的基本描述 48-49         4.2.2 數(shù)值海岸的數(shù)學(xué)模型 49-50         4.2.3 數(shù)值海岸的使用形式和范圍 50-52     4.3 差分誤差的解決方法 52-59         4.3.1 差分格式的誤差分析 52-55         4.3.2 解