船舶與海洋結(jié)構(gòu)物運動的三維時域方法及應(yīng)用.pdf

1、隨著我國對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形式也不斷出現(xiàn),這對于船舶在波浪中的運動和水動力載荷的預(yù)報也提出了新的要求。因而尋求合理而實用的船舶與海洋結(jié)構(gòu)物運動和水動力載荷預(yù)報方法對船舶與海洋工程發(fā)展具有重要意義。
　　 目前對船舶與海洋結(jié)構(gòu)物在波浪上運動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,對瞬變或者強非線性問題顯得無能為力。而時域理論是一種不分離時間

2、項的理論方法,原則上可以處理全非線性和物體任意運動的問題。因此,時域理論的研究對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算機的出現(xiàn),對于時域耐波性理論研究有了數(shù)值計算實現(xiàn)的條件。三維時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力學(xué)發(fā)展的必然方向。因此本文的三維時域數(shù)值方法的研究具有重要的理論意義及工程實用價值。
　　 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算效率的矛盾中,提出了結(jié)合求解常微分方程的節(jié)點制表、節(jié)點間插值的快速計算Green函數(shù)的方法并據(jù)此開發(fā)了一套三維深水時域Green函數(shù)的數(shù)值計算程序。該方法克服了以往制表插值計算方法中存在的大小時間域分界的困難,同時保證了求解效率提高了函數(shù)振蕩時的精度。數(shù)值計算表明,該方法能有效地計算三維深水時域Green函數(shù),適用于三維時域船舶水動力勢流問題的求解。
　　

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

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,浮體間的水動力的相互作用也很明顯。(3)研究結(jié)果也為更進一步研究柔性連接的多浮體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動力性能、水彈性和結(jié)構(gòu)強度分析提供了基礎(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)的安全強度設(shè)計提供了一定的依據(jù)。
　　 本文應(yīng)用三維深水時域Green函數(shù),考慮了定常航速影響及加入了水線積分項,對無航速三維時域模擬