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完全不可压缩SPH方法的改进以及对高速船的兴波模拟
| 论文题名： | 完全不可压缩SPH方法的改进以及对高速船的兴波模拟 |
| 关键词： | 变曲面边界;兴波模拟;高速船;流体动力学;光滑粒子 |
| 摘要： | 兴波阻力对于高速船来说占有很高的比重。研究高速船兴波波形，通过波形分析法可以定性分析兴波阻力的大小，对提高船舶快速性以及对船舶的设计与优化有重要意义。由于船体兴波问题具有很强的非线性，这使得传统网格方法如边界元法(BEM)、有限差分法(FDM)和有限体积法(FVM)等在网格生成时非常困难，从而在处理具有大自由面变形、翻卷破碎等问题时极其复杂。光滑粒子流体动力学(SPH)是最早出现的一种无网格方法，计算域由一群粒子所表示，摆脱了网格的束缚，对于模拟强非线性问题时优势明显。目前 SPH方法对于压力计算有两种途径：一是压力可由密度显示表示，通过求解粒子密度得到粒子压力，称为弱可压缩SPH(WCSPH)方法；另外一种途径需要通过求解压力泊松方程来获得压力，称为完全不可压缩SPH(ISPH)方法。 本文以完全不可压缩 SPH方法为基础，就该方法目前存在的问题详细介绍了自由表面判定、位置修正等最新改进方法。针对传统插值方法计算精度的不足，介绍了几种高阶核近似插值方法，并对它们的精度进行了对比分析，研究了支持域系数、粒子分布不规则度以及核函数种类对它们的影响。就改进后的ISPH方法应用于具有强非线性经典算例的模拟，和实验结果对比分析验证了该方法的准确性。最后将改进后的ISPH方法和2D+t原理相结合，对NPL船体兴波进行了数值模拟。详细介绍了2D+t基本原理和船体剖面插值过程，对在处理变曲面问题时遇到的固壁粒子数目变化这一难题提出了新的固壁粒子速度和加速度求解方法，并通过和实验结果对比验证了该方法的可靠性。 |
| 作者： | 牛康宁 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 郑兴 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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