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船舶与海洋结构物运动的三维时域匹配方法研究
| 论文题名： | 船舶与海洋结构物运动的三维时域匹配方法研究 |
| 关键词： | 船舶工程;海洋结构物;边界元方法;三维时域匹配;数值计算 |
| 摘要： | 随着航运业和海洋资源开发的快速发展，一些新型船舶和海洋平台不断出现。同时，由于环保与结构安全性的要求日益提高，使得海洋结构物的结构设计分析时需要更高的精度，这就迫切需要研究一种能合理预报船舶和平台瞬时运动与波浪载荷的方法。相对于频域理论，时域理论在计算效率、精度和稳定性方面还有一些问题需要解决。因而，研究能提高三维浮体水动力计算效率、精度的时域方法以及开发相应的计算程序具有重要意义。 对时域Green函数的数值计算进行了深入研究，采用精细时程积分方法对时域Green函数及其空间导数满足的常微分方程进行数值求解，针对此常微分方程的非定常特性，给出了应用精细时程积分方法时难以确定的定常系数矩阵。观察时域Green函数积分核的形式，其空间导数可由时域Green函数常微分方程不同阶次的分量表达，减少了两个常微分方程的计算，可以显著的提高计算效率。时域Green函数及其空间导数的数值结果显示此方法具有高效性、精确性以及稳定性。 结合时域Green函数法、Rankine源法的优势及局限点，将三维浮体计算域划分为内、外域。建立了在内场采用Rankine源法，外场采用时域Green函数法，两种方法的物理参数在内、外域控制面上相匹配的数学模型。此数学模型的控制面为任意形状，与时域Green函数相关的计算工作仅与控制面相关且与主尺度满足比例关系，避免了繁琐的制表插值过程，结合控制面、计算浮体和自由面的对称性，可以显著提高计算效率。根据此方法开发了一套计算程序，验证了该程序的可行性，同时为提高适用性以半球为例进行了多方案验证。 在无航速匹配方法的数学模型基础上，进一步将此模型拓展应用到有航速船舶与波浪相互作用问题，数值计算了有航速船舶的水动力系数、记忆函数、波浪力等物理参数。据此开发了一套可用于计算有航速船舶与波浪相互作用问题的三维时域计算程序。 在研究以绕射速度势计算三维船舶与海洋结构物波浪力的同时，以无航速 Haskind关系为基础，通过已经得到的辐射速度势推导出有航速情况下的Haskind关系用于计算船舶波浪力，从一定程度上减少了计算量，对于提高有航速船舶时域水动力的计算效率有重要的意义。 |
| 作者： | 童晓旺 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 任慧龙 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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