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船舶横摇阻尼及运动响应降阶预报方法研究
| 论文题名： | 船舶横摇阻尼及运动响应降阶预报方法研究 |
| 关键词： | 船舶横摇;非线性阻尼;运动响应;等效降阶预报;粘性修正 |
| 摘要： | 横摇问题是船舶耐波性中的一个关键问题，随着研究水平不断发展，计算横摇的手段由船模试验向数值模拟发展。在实际船舶横摇计算过程中，仍存在着计算精度与计算效率的矛盾问题，常用的势流理论计算速度快，效率高，但是难以模拟流体粘性效应，常采用单一恒定的阻尼系数修正阻尼，计算精度上略差；粘流理论计算精度高，但是计算成本高，计算速度慢。因此，本文提出一种针对横摇运动的粘性等效降阶预报方法（Viscosity-equivalent Reduced Order Method，简称VEROM），旨在提高船舶耐波性预报的精度和速度。 本文首先提出一种船舶横摇非线性阻尼特性的获取方法。基于一种强迫放大运动，分别采用求解N-S方程的有粘模型和求解欧拉方程的无粘模型展开仿真计算，预报不同周期下的水动力力矩，应用能量等效法获取阻尼系数，得到两条KC数-阻尼系数曲线，通过二者之差获得船舶横摇粘性阻尼效应随KC数变化的特性。 其次，提出一种基于粘性等效的横摇运动降阶预报方法。该方法基于有限体积法求解欧拉方程，忽略流体粘性，采用无粘模型的网格以降低网格数量，提高计算效率。同时，基于粘性等效原则，对横摇阻尼进行实时修正，提高预报精度，达到计算效率与计算精度的平衡。为验证该方法的有效性，分别采用VEROM模型和有粘模型对典型二维船体中段的横摇响应进行预报，对比结果表明VEROM模型与有粘模型预报精度相当，但计算效率远超有粘模型，且VEROM模型预报结果与试验结果接近，满足工程应用的精度要求。 再次，基于DTMB5415标准船模试验，验证VEROM方法对典型三维船舶横摇运动响应的预报精度。本部分工作中，在船模拖曳水池中进行了横摇自由衰减试验和规则波下横摇响应试验，试验测得船模的固有周期以及对应的横摇RAO曲线。采用VEROM模型对试验工况进行模拟，与试验结果进行对比，波浪能量集中区域，VEROM预报误差小于10%。 最后，针对实际海况中非规则波浪环境下船舶运动响应进行预报，采用线性叠加波法对Ochi-Hubble六参数谱进行模拟。分别采用VEROM模型和有粘模型进行计算，应用谱分析方法对时域计算结果进行处理，得到其三分之一有义值。对比结果表明，VEROM模型误差小于10%，计算效率相较于有粘模型提高了20倍，验证了该方法的有效性。 |
| 作者： | 宗鸿运 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 姜宜辰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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