船舶與海洋結(jié)構(gòu)物運動的三維時域匹配方法研究.pdf

1、隨著航運業(yè)和海洋資源開發(fā)的快速發(fā)展，一些新型船舶和海洋平臺不斷出現(xiàn)。同時，由于環(huán)保與結(jié)構(gòu)安全性的要求日益提高，使得海洋結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)設計分析時需要更高的精度，這就迫切需要研究一種能合理預報船舶和平臺瞬時運動與波浪載荷的方法。相對于頻域理論，時域理論在計算效率、精度和穩(wěn)定性方面還有一些問題需要解決。因而，研究能提高三維浮體水動力計算效率、精度的時域方法以及開發(fā)相應的計算程序具有重要意義。
　　對時域Green函數(shù)的數(shù)值計算進行了深入研

2、究，采用精細時程積分方法對時域Green函數(shù)及其空間導數(shù)滿足的常微分方程進行數(shù)值求解，針對此常微分方程的非定常特性，給出了應用精細時程積分方法時難以確定的定常系數(shù)矩陣。觀察時域Green函數(shù)積分核的形式，其空間導數(shù)可由時域Green函數(shù)常微分方程不同階次的分量表達，減少了兩個常微分方程的計算，可以顯著的提高計算效率。時域Green函數(shù)及其空間導數(shù)的數(shù)值結(jié)果顯示此方法具有高效性、精確性以及穩(wěn)定性。
　　結(jié)合時域Green函數(shù)法、Ra

3、nkine源法的優(yōu)勢及局限點，將三維浮體計算域劃分為內(nèi)、外域。建立了在內(nèi)場采用Rankine源法，外場采用時域Green函數(shù)法，兩種方法的物理參數(shù)在內(nèi)、外域控制面上相匹配的數(shù)學模型。此數(shù)學模型的控制面為任意形狀，與時域Green函數(shù)相關(guān)的計算工作僅與控制面相關(guān)且與主尺度滿足比例關(guān)系，避免了繁瑣的制表插值過程，結(jié)合控制面、計算浮體和自由面的對稱性，可以顯著提高計算效率。根據(jù)此方法開發(fā)了一套計算程序，驗證了該程序的可行性，同時為提高適用性以

4、半球為例進行了多方案驗證。
　　在無航速匹配方法的數(shù)學模型基礎(chǔ)上，進一步將此模型拓展應用到有航速船舶與波浪相互作用問題，數(shù)值計算了有航速船舶的水動力系數(shù)、記憶函數(shù)、波浪力等物理參數(shù)。據(jù)此開發(fā)了一套可用于計算有航速船舶與波浪相互作用問題的三維時域計算程序。
　　在研究以繞射速度勢計算三維船舶與海洋結(jié)構(gòu)物波浪力的同時，以無航速 Haskind關(guān)系為基礎(chǔ)，通過已經(jīng)得到的輻射速度勢推導出有航速情況下的Haskind關(guān)系用于計算船舶波