基于高階面元法的浮體在波浪中的運(yùn)動(dòng)研究.pdf

1、艦艇及其他漂浮式海洋結(jié)構(gòu)物在波浪中的運(yùn)動(dòng)是造船及海洋工程業(yè)界長(zhǎng)久以來(lái)一直十分關(guān)心的問(wèn)題。艦船和海洋平臺(tái)的在波浪中的運(yùn)動(dòng)性能對(duì)其安全、作業(yè)性能及人員舒適性等都有巨大影響。自從二十世紀(jì)50年代現(xiàn)代浮體在波浪中運(yùn)動(dòng)的分析理論確立以來(lái)，預(yù)報(bào)浮體在波浪中運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的理論方法和試驗(yàn)方法都已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步。但通過(guò)試驗(yàn)方法獲得浮體在波浪中響應(yīng)成本較高且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而采用基于粘性流體理論的CFD計(jì)算方法，則存在求解時(shí)間長(zhǎng)對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量依賴嚴(yán)重的問(wèn)題。從二十世

2、紀(jì)60年代開(kāi)始，以勢(shì)流理論為基礎(chǔ)的面元法又稱為邊界元法得到了廣泛的應(yīng)用。雖然相比于粘性流體理論，勢(shì)流理論無(wú)法完整地反映所研究現(xiàn)象的物理意義，其優(yōu)勢(shì)在于可以較快計(jì)算出精度上滿足工程應(yīng)用所需要的浮體在波浪中響應(yīng)問(wèn)題。
　　在本文研究中，采用基于三維勢(shì)流理論的面元法研究浮體在波浪中的運(yùn)動(dòng)。在該面元法中物面和面元的定義使用采用非均勻有理 B樣條（NURBS）曲面。對(duì)于源強(qiáng)和速度勢(shì)分布則使用等參元。由于在上述問(wèn)題中需要求解帶有奇異性的積分方

3、程，所以需要對(duì)遇到的奇異性問(wèn)題加以考慮。對(duì)于該問(wèn)題可以使用奇異積分核漸進(jìn)展開(kāi)的方法，對(duì)分離出來(lái)的奇異部分求解 Cauchy主值積分。但由于本文中使用 NURBS描述物面能夠保證面元之間物面導(dǎo)數(shù)的連續(xù)性，所以對(duì)于物面導(dǎo)數(shù)連續(xù)的問(wèn)題，對(duì)比于使用等參元描述物面的方法，不僅對(duì)物面描述更加精確并提高了收斂速度，還可以進(jìn)一步削弱積分中的奇異性。
　　為了對(duì)本文中的方法進(jìn)行驗(yàn)證，借助了自行開(kāi)發(fā)的程序?qū)o(wú)界流場(chǎng)中圓球繞流問(wèn)題進(jìn)行了計(jì)算，并和理論結(jié)