基于高階面元法的浮體在波浪中的運動研究.pdf

1、艦艇及其他漂浮式海洋結構物在波浪中的運動是造船及海洋工程業(yè)界長久以來一直十分關心的問題。艦船和海洋平臺的在波浪中的運動性能對其安全、作業(yè)性能及人員舒適性等都有巨大影響。自從二十世紀50年代現(xiàn)代浮體在波浪中運動的分析理論確立以來，預報浮體在波浪中運動響應的理論方法和試驗方法都已經(jīng)取得了巨大的進步。但通過試驗方法獲得浮體在波浪中響應成本較高且費時費力。而采用基于粘性流體理論的CFD計算方法，則存在求解時間長對網(wǎng)格質量依賴嚴重的問題。從二十世

2、紀60年代開始，以勢流理論為基礎的面元法又稱為邊界元法得到了廣泛的應用。雖然相比于粘性流體理論，勢流理論無法完整地反映所研究現(xiàn)象的物理意義，其優(yōu)勢在于可以較快計算出精度上滿足工程應用所需要的浮體在波浪中響應問題。
　　在本文研究中，采用基于三維勢流理論的面元法研究浮體在波浪中的運動。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。對于源強和速度勢分布則使用等參元。由于在上述問題中需要求解帶有奇異性的積分方

3、程，所以需要對遇到的奇異性問題加以考慮。對于該問題可以使用奇異積分核漸進展開的方法，對分離出來的奇異部分求解 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數(shù)的連續(xù)性，所以對于物面導數(shù)連續(xù)的問題，對比于使用等參元描述物面的方法，不僅對物面描述更加精確并提高了收斂速度，還可以進一步削弱積分中的奇異性。
　　為了對本文中的方法進行驗證，借助了自行開發(fā)的程序對無界流場中圓球繞流問題進行了計算，并和理論結