造波理論與方法研究.pdf

1、在船舶與海洋工程領(lǐng)域內(nèi),數(shù)值模擬與模型試驗是解決物體在波浪中運動及波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用問題的主要技術(shù)手段。造波是數(shù)值波浪水池計算過程以及物理水池試驗過程中的一項重要技術(shù)。有效的數(shù)值造波方法不但能夠提高數(shù)值波浪水池的計算效率,同時也是開發(fā)物理造波機功能的有力工具。造波機是大型水池的重要設(shè)備,其系統(tǒng)集成與運動控制技術(shù)是實現(xiàn)水池造波的基礎(chǔ)。除造波技術(shù)外,如何消除從模型及消波裝置上反射回來的波浪,避免它們撞擊造波板形成二次反射波從而提高數(shù)值計算

2、及模型試驗的精度,是數(shù)值水池與物理水池都必須面對的問題。本文針對數(shù)值造波方法、多向造波機的系統(tǒng)集成與運動控制、水池造波的實現(xiàn)以及主動吸收造波技術(shù)進行了研究,主要內(nèi)容包括:
　　(1)基于CFD技術(shù)建立了粘性數(shù)值造波模型,采用速度邊界造波方法對三維水池中二階Stokes波的生成進行了模擬,采用質(zhì)量源造波方法對孤立波的生成進行了模擬;應(yīng)用混合歐拉拉格朗日自由面條件建立了基于高階邊界元法的勢流數(shù)值造波模型,結(jié)合波譜相位聚焦的原理,應(yīng)用該

3、模型對搖板式造波機生成聚焦波進行了仿物理造波模擬。
　　(2)通過對進口伺服產(chǎn)品進行技術(shù)解讀,基于Sercos總線協(xié)議建立了多向造波機的控制系統(tǒng),編寫了伺服驅(qū)動器中的位置控制程序、伺服控制器中的插補程序及上位機中的造波軟件,實現(xiàn)了多向造波機的運動控制,通過正向規(guī)則波造波過程中多點同步測試,對多板同步控制進行了驗證。
　　(3)基于不規(guī)則波的線性疊加法,討論了海洋工程模型試驗中先進的白噪聲不規(guī)則波的生成方法,并在水池中進行了白

4、噪聲不規(guī)則波模擬試驗;討論了單邊搖板式多向造波機生成斜向波與三維波的方法,并基于多向造波機的差動控制在水池中進行了模擬試驗,編寫了頻譜分析及方向譜分析程序,通過頻譜分析與迭代修正在水池中生成了較好品質(zhì)的斜向規(guī)則波、斜向不規(guī)則波及三維波。
　　(4)基于勢流理論與線性疊加原理,對主動吸收造波原理進行了推導(dǎo),通過理論推導(dǎo)將目前兩種主流的主動吸收造波技術(shù)統(tǒng)一在一個理論框架內(nèi);從控制系統(tǒng)的角度詮釋了主動吸收造波技術(shù),從而將智能控制的思想引