FPSO在波浪中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的時(shí)域模擬.pdf

1、浮式海洋平臺(tái)作業(yè)時(shí)大多需要長(zhǎng)期系泊于固定海域,遇到風(fēng)暴亦不能避航。因此在設(shè)計(jì)和建造之初能否準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)特定海況下船波相互作用對(duì)其安全操作至關(guān)重要。因?yàn)橛?jì)算條件的限制,以往的研究以及工程應(yīng)用中廣泛采用頻域勢(shì)流理論,近期,時(shí)域直接模擬技術(shù)越來(lái)越多的受到關(guān)注。本文以FPSO為研究對(duì)象,對(duì)船體在波浪中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了直接時(shí)域模擬,并且通過(guò)計(jì)算討論了甲板上浪載荷對(duì)船體運(yùn)動(dòng)的影響。
　　數(shù)值模擬采用高階面元,相比于普通面元法,高階元能夠更好的處

2、理具有復(fù)雜表面的形體,尤其是表面曲率變化較大時(shí)。論文研究了高階面元法的具體實(shí)現(xiàn),以及在采用三維勢(shì)流理論方法求解邊值問(wèn)題過(guò)程中,格林函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)積分奇異性的消除方法,計(jì)算分別采用三角坐標(biāo)變換和施加均勻位勢(shì)?；贔ortran語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了4節(jié)點(diǎn)和9節(jié)點(diǎn)的高階元程序,計(jì)算分析了定常流與物體的水動(dòng)力作用,驗(yàn)證了程序計(jì)算的準(zhǔn)確性。
　　在此基礎(chǔ)上,依據(jù)三維線性勢(shì)流理論,論文研究了求解時(shí)域無(wú)航速線性船波作用問(wèn)題的基本控制方程和計(jì)算流程,編寫了基

3、于Rankine源法的時(shí)域數(shù)值模擬程序。對(duì)于Rankine源求解時(shí)的輻射條件問(wèn)題,通過(guò)采用增加阻尼層的辦法來(lái)處理,此外,對(duì)計(jì)算域中的角點(diǎn)部分通過(guò)分布重節(jié)點(diǎn)來(lái)處理。最后,通過(guò)對(duì)規(guī)則圓柱和實(shí)船在波浪中運(yùn)動(dòng)的計(jì)算分析以及結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了程序求解的準(zhǔn)確性。
　　采用該程序進(jìn)一步在考慮甲板上浪載荷的情況下對(duì)FPSO在波浪中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬。其中甲板上浪流動(dòng)的計(jì)算采用淺水理論近似,通過(guò)與相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比討論了淺水理論的適用性以及局限性。得到上

4、浪高度后根據(jù)牛頓定理計(jì)算上浪載荷,并將其施加于船體運(yùn)動(dòng)方程以考察耦合情況下船體運(yùn)動(dòng)結(jié)果,并與不考慮上浪載荷的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比討論。
　　采用Rankine源、高階面元和時(shí)域模擬等計(jì)算方式相比于以往的自由面-格林函數(shù)法、普通面元離散以及頻域理論,計(jì)算量大幅增加。為提高計(jì)算效率,論文將求解大型線性方程組的GMRES(m)算法引入程序求解邊界積分方程,對(duì)比了該算法和普通Gauss求解器的計(jì)算效率,并且討論了不同m值下迭代計(jì)算的收斂速度。此外