基于NURBS高階面元法的有航速船舶輻射問題數(shù)值計(jì)算研究.pdf

1、相對(duì)于理論和試驗(yàn)方法,用數(shù)值方法計(jì)算船舶水動(dòng)力具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展?jié)摿?上世紀(jì)60年代至今,隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)取得了重大的進(jìn)展.CFD應(yīng)用于船舶水動(dòng)力學(xué)問題的數(shù)值求解,產(chǎn)生了船舶CFD方法.隨著船舶CFD技術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用于實(shí)際工程問題,勢(shì)流法求解船舶水動(dòng)力學(xué)問題的快捷性和精確性越來越重要,應(yīng)用高階面元法求解船舶水動(dòng)力問題成為當(dāng)今的一個(gè)研究熱點(diǎn).近年來,出現(xiàn)了眾多的高階面元法,其中基于被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組

2、織(ISO)規(guī)定為定義工業(yè)產(chǎn)品幾何形狀的唯一數(shù)學(xué)描述工具的非均勻有理B樣條(NURBS)的高階面元法因?yàn)榭梢院痛坝?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)更好地結(jié)合,更方便快捷地進(jìn)行船型設(shè)計(jì)和船舶水動(dòng)力性能設(shè)計(jì)、優(yōu)化,因而具有相當(dāng)好的發(fā)展前景.本文采用Rankine源作為Green函數(shù),采用非均勻有理B樣條(NURBS)來表達(dá)物面幾何及源強(qiáng)分布密度,采用頻域法對(duì)自由面邊界條件進(jìn)行線性化處理,開發(fā)了一種基于NURBS的Rankine高階面元法,用于數(shù)值計(jì)

3、算考慮自由面邊界條件的有航速船舶微幅搖蕩運(yùn)動(dòng)水動(dòng)力系數(shù),以模擬試驗(yàn)水池中的約束船模平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(PMM)試驗(yàn).由于源強(qiáng)分布密度采用NURBS的高階表示方法,克服了常數(shù)面元法源強(qiáng)分布密度不連續(xù)的缺陷,能夠精確高效地計(jì)算求解輻射問題的頻域法中出現(xiàn)的所謂的"m"項(xiàng),從而有效地計(jì)算船舶搖蕩運(yùn)動(dòng)水動(dòng)力系數(shù).為了驗(yàn)證本文開發(fā)的高階面元法的有效性,首先對(duì)無界流場(chǎng)中的球體及一般橢球體的附加質(zhì)量進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,并將計(jì)算結(jié)果和理論結(jié)果進(jìn)行了比較.隨后,以近