船舶與海洋結(jié)構(gòu)物運(yùn)動(dòng)的三維時(shí)域方法及應(yīng)用.pdf

1、隨著我國對(duì)深海油氣資源的需求越來越迫切,船舶與海洋工程工業(yè)得到了不斷發(fā)展,一些新船型和新海洋平臺(tái)形式也不斷出現(xiàn),這對(duì)于船舶在波浪中的運(yùn)動(dòng)和水動(dòng)力載荷的預(yù)報(bào)也提出了新的要求。因而尋求合理而實(shí)用的船舶與海洋結(jié)構(gòu)物運(yùn)動(dòng)和水動(dòng)力載荷預(yù)報(bào)方法對(duì)船舶與海洋工程發(fā)展具有重要意義。
　　 目前對(duì)船舶與海洋結(jié)構(gòu)物在波浪上運(yùn)動(dòng)問題研究較多的是頻域方法,但頻域理論通常只適合于求解穩(wěn)態(tài)問題,對(duì)瞬變或者強(qiáng)非線性問題顯得無能為力。而時(shí)域理論是一種不分離時(shí)間

2、項(xiàng)的理論方法,原則上可以處理全非線性和物體任意運(yùn)動(dòng)的問題。因此,時(shí)域理論的研究對(duì)那些頻域理論無法解釋和無法處理的問題具有重要的作用。另外,隨著大容量和高速度計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),對(duì)于時(shí)域耐波性理論研究有了數(shù)值計(jì)算實(shí)現(xiàn)的條件。三維時(shí)域方法研究船舶與海洋結(jié)構(gòu)物與波浪相互作用問題必將成為船舶與海洋工程水動(dòng)力學(xué)發(fā)展的必然方向。因此本文的三維時(shí)域數(shù)值方法的研究具有重要的理論意義及工程實(shí)用價(jià)值。
　　 本文首先基于Bessel函數(shù)的性質(zhì),采用新的方

3、法推導(dǎo)了時(shí)域Green函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)所滿足的常微分方程式。在探索求解精度和計(jì)算效率的矛盾中,提出了結(jié)合求解常微分方程的節(jié)點(diǎn)制表、節(jié)點(diǎn)間插值的快速計(jì)算Green函數(shù)的方法并據(jù)此開發(fā)了一套三維深水時(shí)域Green函數(shù)的數(shù)值計(jì)算程序。該方法克服了以往制表插值計(jì)算方法中存在的大小時(shí)間域分界的困難,同時(shí)保證了求解效率提高了函數(shù)振蕩時(shí)的精度。數(shù)值計(jì)算表明,該方法能有效地計(jì)算三維深水時(shí)域Green函數(shù),適用于三維時(shí)域船舶水動(dòng)力勢(shì)流問題的求解。
　　

4、 本文應(yīng)用自主開發(fā)的時(shí)域Green函數(shù)的數(shù)值計(jì)算程序,采用三維時(shí)域數(shù)值模擬方法,對(duì)在波浪中運(yùn)動(dòng)的無航速WigleyⅠ型船的水動(dòng)力系數(shù)和波浪力以及WigleyⅢ型船的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,并與試驗(yàn)值及文獻(xiàn)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了無航速浮體與波浪相互作用的三維時(shí)域模擬計(jì)算程序的有效性。
　　 本文采用三維時(shí)域方法對(duì)多浮體系統(tǒng)水動(dòng)力共振現(xiàn)象進(jìn)行了研究,通過研究得出了如下的重要結(jié)論:(1)數(shù)值計(jì)算結(jié)果證實(shí)了每個(gè)浮體在共振頻

5、率附近峰值效應(yīng)的存在,共振發(fā)生的頻率基本出現(xiàn)在波數(shù)kL=nπ(n=1,2,...,∞)附近。(2)數(shù)值結(jié)果表明除了共振現(xiàn)象之外,浮體間的水動(dòng)力的相互作用也很明顯。(3)研究結(jié)果也為更進(jìn)一步研究柔性連接的多浮體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力性能、水彈性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析提供了基礎(chǔ),特別是給工程中多浮體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu)的安全強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供了一定的依據(jù)。
　　 本文應(yīng)用三維深水時(shí)域Green函數(shù),考慮了定常航速影響及加入了水線積分項(xiàng),對(duì)無航速三維時(shí)域模擬