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随机海浪中船舶非线性横摇的可视化方法研究

耿东升  
【摘要】: 本文研究船舶海浪中运动的可视化技术。科学计算的结果往往是抽象的专业性很强的图表、数据,通过采用船舶在海浪中运动的可视化技术,可以使船舶设计人员能够更直观地分析科学计算的结果进而了解船舶的运动性能。 本文考虑随机波浪及船舶的非线性阻尼、非线性恢复力矩,建立船舶横摇运动的非线性微分方程。利用具有平台独立性的OpenGL图形库对船舶在波浪中运动的可视化方法进行描述。利用长150m、宽27.2m船舶型值等表征船舶外形的数据建立船舶模型。利用Pierson-Moskowitz海浪谱和Mitsuyasu方向分布方法建立三维波浪模型,对不同有义波高的波浪进行模拟。采用Runge-Kutta方法求解非线性微分方程,根据数值模拟结果,应用OpenGL图形库中的glTranslate*()和glRotate*()函数来生成船舶在海浪中运动的动画。本文开发了人工随机波生成及可视化、船舶随机非线性运动数值模拟及海浪中船舶随机非线性运动可视化计算机程序系统。 采用开发的程序,根据Pierson-Moskowitz海浪谱,分别对有义波高为9.54m、12.42m、14.28m和18.0m的情况进行船舶运动数值模拟,程序实现了随机波浪中船舶运动的可视化。 本文工作表明,利用C++程序设计语言和OpenGL图形硬件接口进行船舶在波浪中的运动可视化是完全可行的。本文开发的可视化系统的优点为,由于使用了GLUT (OpenGL Utility Toolkit),保证了源代码的可移植性。可视化程序在Windows平台上开发,并在Windows和Linux上进行了测试。使用C++和OpenGL的优点除了具有平台独立性以外,还比使用CAD软件进行模拟更灵活和高效。本文开发的程序从文件中读出型值建立模型,要对不同的船舶运动仿真,只需在文件中存入不同船舶的型值,不需要改动程序源代码;同时,使用C++开发的程序运行速度要比MATLAB或CAD软件内置的脚本语言快得多。


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