基于NURBS高階面元法的有航速船舶輻射問題數(shù)值計算研究.pdf

1、相對于理論和試驗方法,用數(shù)值方法計算船舶水動力具有其獨特的優(yōu)點和發(fā)展?jié)摿?上世紀(jì)60年代至今,隨著計算機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,計算流體動力學(xué)(CFD)取得了重大的進展.CFD應(yīng)用于船舶水動力學(xué)問題的數(shù)值求解,產(chǎn)生了船舶CFD方法.隨著船舶CFD技術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用于實際工程問題,勢流法求解船舶水動力學(xué)問題的快捷性和精確性越來越重要,應(yīng)用高階面元法求解船舶水動力問題成為當(dāng)今的一個研究熱點.近年來,出現(xiàn)了眾多的高階面元法,其中基于被國際標(biāo)準(zhǔn)化組

2、織(ISO)規(guī)定為定義工業(yè)產(chǎn)品幾何形狀的唯一數(shù)學(xué)描述工具的非均勻有理B樣條(NURBS)的高階面元法因為可以和船舶計算機輔助設(shè)計(CAD)更好地結(jié)合,更方便快捷地進行船型設(shè)計和船舶水動力性能設(shè)計、優(yōu)化,因而具有相當(dāng)好的發(fā)展前景.本文采用Rankine源作為Green函數(shù),采用非均勻有理B樣條(NURBS)來表達(dá)物面幾何及源強分布密度,采用頻域法對自由面邊界條件進行線性化處理,開發(fā)了一種基于NURBS的Rankine高階面元法,用于數(shù)值計

3、算考慮自由面邊界條件的有航速船舶微幅搖蕩運動水動力系數(shù),以模擬試驗水池中的約束船模平面運動機構(gòu)(PMM)試驗.由于源強分布密度采用NURBS的高階表示方法,克服了常數(shù)面元法源強分布密度不連續(xù)的缺陷,能夠精確高效地計算求解輻射問題的頻域法中出現(xiàn)的所謂的"m"項,從而有效地計算船舶搖蕩運動水動力系數(shù).為了驗證本文開發(fā)的高階面元法的有效性,首先對無界流場中的球體及一般橢球體的附加質(zhì)量進行了數(shù)值計算,并將計算結(jié)果和理論結(jié)果進行了比較.隨后,以近