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基于高阶面元法的浮体在波浪中的运动研究
| 论文题名： | 基于高阶面元法的浮体在波浪中的运动研究 |
| 关键词： | 浮体运动;高阶面元法;波浪响应;圆球绕流 |
| 摘要： | 舰艇及其他漂浮式海洋结构物在波浪中的运动是造船及海洋工程业界长久以来一直十分关心的问题。舰船和海洋平台的在波浪中的运动性能对其安全、作业性能及人员舒适性等都有巨大影响。自从二十世纪50年代现代浮体在波浪中运动的分析理论确立以来，预报浮体在波浪中运动响应的理论方法和试验方法都已经取得了巨大的进步。但通过试验方法获得浮体在波浪中响应成本较高且费时费力。而采用基于粘性流体理论的CFD计算方法，则存在求解时间长对网格质量依赖严重的问题。从二十世纪60年代开始，以势流理论为基础的面元法又称为边界元法得到了广泛的应用。虽然相比于粘性流体理论，势流理论无法完整地反映所研究现象的物理意义，其优势在于可以较快计算出精度上满足工程应用所需要的浮体在波浪中响应问题。 在本文研究中，采用基于三维势流理论的面元法研究浮体在波浪中的运动。在该面元法中物面和面元的定义使用采用非均匀有理 B样条（NURBS）曲面。对于源强和速度势分布则使用等参元。由于在上述问题中需要求解带有奇异性的积分方程，所以需要对遇到的奇异性问题加以考虑。对于该问题可以使用奇异积分核渐进展开的方法，对分离出来的奇异部分求解 Cauchy主值积分。但由于本文中使用 NURBS描述物面能够保证面元之间物面导数的连续性，所以对于物面导数连续的问题，对比于使用等参元描述物面的方法，不仅对物面描述更加精确并提高了收敛速度，还可以进一步削弱积分中的奇异性。 为了对本文中的方法进行验证，借助了自行开发的程序对无界流场中圆球绕流问题进行了计算，并和理论结果进行了比较。然后计算了零航速下近自由面圆球的辐射问题和绕射问题，零航速下半球的辐射问题，有航速下 Wigley船的辐射问题。本文还计算了单船情况实船的响应幅值算子，并且对多体耦合的问题进行了初步研究，计算了双船下的运动响应。 结果表明，本文中使用的方法可以利用较少的面元得到比较精确的结果，具有一定的实用意义以及广泛的应用前景。 |
| 作者： | 田振宇 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 李平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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