收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

小波数值方法在船舶流体力学中的若干应用

赵勇  
【摘要】:小波分析自从上世纪八十年代提出以来,因其具有时频局部分析功能,迅速应用到许多学科。它起源于信号分析领域,现在已经在信号分析及处理相关领域有着广泛应用。由于小波基函数具有良好的数学性能,使其在偏微分方程数值计算领域也有所作为。小波基函数具有有限支撑性质,可以捕捉解的局部结构,甚至是解的奇异特征。小波分析主要思想是多分辨分析,它可以把具有多尺度特征的函数在每个尺度上分解,并且小波系数可以和空间位置一一对应,后者在Fourier分析中是不能做到的。这些优良性质,可以让小波方法在模拟复杂流动中具有独到的优势。 微分方程小波数值方法可以分为两类:一是小波投影法、二是小波配置点法。本文研究了小波配置点自适应方法,把它应用于非线性动力学方程。我们知道,非线性动力学方程的解具有奇异特征,对差分格式提出了很大的困难,为此人们提出各类复杂格式来对付奇异性问题。它们格式复杂,带有许多经验成分,使用起来并不方便。小波自适应法可以通过设置逼近精度,它对应于小波系数临界值,来控制逼近某节点的值用到其周围节点的疏密程度。这样做有两好处:一是由于小波具有高压缩性能,大量节约了计算、二是整体精度得到控制,避免了数值震荡。本文以两个具有精确解的方程为例,说明了本文方法的精度控制,以Burgers方程及其变形为例,说明了小波配置点自适应方法的有效性。 船舶流体力学中,有许多问题具有多尺度特征,比如湍流、激波和船体兴波。湍流具有间歇性,激波具有显著的间断性,这些特征给数值方法带来了很大的难度。我们将把小波自适应方法应用于这些复杂问题的计算和分析。我们研究了湍流数值模拟的小波自适应方法,提出了结合实际流动特征的湍流模拟思路,基于流动数据分析的湍流拟序结构小波模拟,主要体现在小波系数的临界值由流动数据统计得到,避免了人为设置参数,该临界值公式符合湍流的多方面特征。我们以二维湍流为例,计算了三涡并合过程,得到了逼真的演化图像,分析了小波自适应方法确实抓住了流动的主要特征,流动主要蕴含在由尺度系数和显著小波系数重构出来的拟序结构中。本算例中我们用不到10%的显著小波系数和尺度系数重构拟序结构,它们占据了99%以上的拟涡能。在激波数值模拟中,我们指出了第二粘性模型的必要性,并把它用来计算激波,利用局部微分求积法(Local differential Quadrature method,LDQ)计算导数,获得了无数值震荡的高分辨激波解。第二粘性模型和LDQ方法(插值小波),有助于我们理解激波并计算它们。 兴波阻力优化具有重要的工程价值,我们试图用小波多尺度方法来研究该问题。应用Michell阻力理论,以Wigley船型为例,说明了小波方法对兴波阻力优化过程。把船体曲面写成小波级数形式,利用小波的压缩性能,可以得到曲面逼近的紧凑表达式。利用小波平移及尺度的正交性质,我们得到了以小波系数表达的阻力公式,以小波系数为优化变量,得到了阻力优化公式,并且改变小波系数时,船体体积保持不变。对阻力在不同船体特征尺度上所占的比重及位置分布做了分析,发现大尺度上的小波系数对阻力影响很大,我们仅对它们优化,减少了优化变量的数目,利用遗传算法,得到了优化船型。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 林敏,周兆经;基于小波包的瞬时信号去噪与频谱分析[J];电子测量与仪器学报;2000年02期
2 黄强,刘永长,叶晓明;基于区间的小波包振动信号特征提取方法研究[J];车用发动机;2003年04期
3 杨国安,许飞云,吴贞焕,高金吉;基于小波包和解调分析的多类故障综合诊断方法研究[J];东南大学学报(自然科学版);2004年01期
4 陶立敏,许昌如;小波包在雷达杂波信号处理中的应用[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2005年02期
5 林敏,陈希武,周兆经;基于正交小波包的瞬时频率检测[J];计量学报;2000年03期
6 罗小荣,吴亚锋,魏文德;结合小波包与神经网络的压缩机故障诊断方法[J];石油机械;2005年04期
7 丁兴号,邓善熙,杨永跃;基于小波包的图像去噪方法[J];电子测量与仪器学报;2003年02期
8 黄海东;基于小波包的柴油机振动故障诊断研究[J];汽车科技;2004年01期
9 陈林刚,韩凤琴,桂中华;基于小波包-神经网络的尾水管故障诊断[J];水力发电;2005年03期
10 李辉,宋智勇,孙丰瑞;基于小波包-包络分析的故障特征提取方法[J];振动、测试与诊断;2003年04期
11 孟永鹏,贾申利,荣命哲;小波包频带能量分解在断路器机械状态监测中的应用[J];西安交通大学学报;2004年10期
12 张佩瑶,马孝江,王吉军,朱泓;小波包信号提取算法及其在故障诊断中的应用[J];大连理工大学学报;1997年01期
13 王洪刚,郑海起,马吉胜,栾军英;变速箱故障声压信号的小波包分解与诊断[J];振动与冲击;2001年02期
14 韩凤琴,陈林刚,桂中华,久保田乔;基于小波包提取尾水管水压脉动特征的研究[J];水电能源科学;2005年01期
15 杨梅;陶维青;;基于小波变换的单相接地故障选线方法[J];仪器仪表标准化与计量;2006年03期
16 程军圣,于德介;一种基于小波变换的包络分析法[J];湖南大学学报(自然科学版);2000年04期
17 杨洁明,熊诗波;小波包分析方法在齿轮早期故障特征提取中的应用[J];振动.测试与诊断;2000年04期
18 张小琼,林维正;小波包分析在混凝土检测中的应用[J];声学技术;2002年03期
19 赵学智,陈统坚,叶邦彦,彭永红,陈文戈;小波包分析在轴承早期故障诊断中的应用[J];振动、测试与诊断;2003年04期
20 桂中华,韩凤琴;小波包-最大熵谱估计及其在水轮机故障诊断中的应用[J];电力系统自动化;2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杜栓平;丁烽;杨华;;基于小波系数聚类的特征提取器[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年
2 宋文杰;何钧;葛孚刚;杜历英;;小波在GPR信号处理中的应用[A];山东地球物理六十年[C];2009年
3 黄劲;熊蕊;;基于小波包的EMI抑制的研究[A];第十二届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2002年
4 巩晓赟;左长青;韩捷;雷文平;;小波包—矢双谱分析及其在齿轮箱故障诊断的应用研究[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
5 高克芳;;基于小波包和样本熵的脑电信号的分类方法研究[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
6 渠庚;郭小虎;闵凤阳;;基于小波消噪的季节性水文预测模型研究[A];水文泥沙研究新进展——中国水力发电工程学会水文泥沙专业委员会第八届学术讨论会论文集[C];2010年
7 和平安;王海清;宋执环;李平;;小样本小波密度估计器及在过程监测中应用[A];2001中国控制与决策学术年会论文集[C];2001年
8 马文阁;李丽萍;王宇衡;;电磁场数值计算小波算法的有限元模型[A];2004中国控制与决策学术年会论文集[C];2004年
9 赵大哲;杨金柱;栗伟;张凤春;;一种基于小波变换的CR图像自适应阈值增强方法[A];第十四届全国图象图形学学术会议论文集[C];2008年
10 熊淑华;袁晓;周激流;沈杰;钱峰;;调制信号小波变换的尺度特征[A];第十一届全国信号处理学术年会(CCSP-2003)论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵勇;小波数值方法在船舶流体力学中的若干应用[D];大连理工大学;2011年
2 王仁龙;基于小波变换的雷达图像压缩技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 陈波;方向变换及其在遥感图像压缩中的应用研究[D];国防科学技术大学;2009年
4 乐全明;电网高级智能故障诊断系统中关键技术的研究[D];上海交通大学;2006年
5 褚标;小波理论在图像去噪与纹理分析中的应用研究[D];合肥工业大学;2008年
6 黄博强;基于Context模型和矢量—标量量化器的ECG信号压缩[D];复旦大学;2010年
7 杨正祥;基于智能算法的若干典型水文水资源问题研究[D];华中科技大学;2011年
8 孙翀;数据特征化技术研究[D];华中科技大学;2013年
9 宋燕星;高速图像采集处理系统中若干关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 董辉;无线传感器网络中的信息处理研究[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈宏;基于小波能熵和支持向量机的故障诊断方法及其应用研究[D];燕山大学;2010年
2 尹喜超;基于小波变换的信号消噪[D];华北电力大学(河北);2005年
3 张志明;基于DSP的地面运动目标识别系统研究[D];南京理工大学;2004年
4 李耀东;火车轮裂纹自动在线无损检测系统研究[D];四川大学;2004年
5 姚全刚;关于对称双向小波的一些研究[D];陕西师范大学;2013年
6 王雷;小波变换在脑电特征信号提取中的应用研究[D];山东大学;2005年
7 穆丽婉;柴油机常见故障诊断技术的智能化研究[D];大连铁道学院;2003年
8 王江;全局最优化复数小波的设计及其应用研究[D];复旦大学;2010年
9 王芝斌;结构损伤的小波包分析[D];大连理工大学;2004年
10 关淑玲;基于小波分析的铝薄板激光测厚系统数据处理研究[D];中南大学;2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 严风华 张媖;现行QSPA方法亟须修改[N];中国船舶报;2010年
2 记者 袁凯苏;上海船院:紧跟环保趋势 深化海工研究[N];中国船舶报;2010年
3 夏军;浙江评审鱿鱼钓船型[N];中国船舶报;2006年
4 王新 荆铁军;两船舶科技开发专项课题通过验收[N];中国船舶报;2006年
5 陈莹;船型开发谋求新突破[N];中国水运报;2008年
6 记者 张银炎;及早应对GBS 打造未来竞争力[N];中国船舶报;2009年
7 关尔;点对点合作更能出成果[N];中国船舶报;2007年
8 记者 胡毓;受惠规划 船企亦需主动迎合[N];中国船舶报;2009年
9 记者 严风华;优化船舶设计可获理想EEDI[N];中国船舶报;2009年
10 王琴本报记者 侯国政;创新铸就“大船时速”[N];辽宁日报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978