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高速船舶运动与波浪载荷计算的二维半理论研究

马山  
【摘要】:高速船舶运动和波浪载荷响应计算方法研究对于高性能船舶的耐波性预报和船体结构设计具有重要意义。近几年发展起来的二维半理论特别适合于排水型高速船舶运动和载荷响应预报。二维半理论定解问题在自由面条件中保留了高速船舶流体动力计算最为重要的航速效应;同时定解问题满足二维控制方程,仅需在各个船体横剖面上求解拉普拉斯方程,计算效率大大高于三维有航速方法。 本文围绕应用二维时域格林函数方法求解二维半理论定解问题,对高速船舶的水动力特性、运动和载荷响应进行了计算,同模型试验结果和S.T.F.方法进行了比较研究。本文目的是考察该方法在高速船舶水动力预报上的适用性,促进其应用于工程实际。本文主要在以下几个方面开展了工作。 1.在前人应用时域格林函数方法求解高速船垂向运动的二维半定解问题基础之上,本文进一步应用该模型求解斜浪中高速单体和多体船的运动响应和波浪载荷。经过数值比较分析,本文提出了一种稳定的水动力系数计算格式,避免了速度势数值微分带来的数值误差,适合于二维半理论水动力系数的计算。文中探讨了双体船舶片体水动力干扰作用对运动响应的影响。 2.基于二维半理论的二维时域物面分布源求解格式,本文建立了高速双体船舶在波浪中载荷响应的线性水弹性分析方法。采用三维有限元模态分析法计算了双体船舶在规则波中的运动和载荷响应。结合船舶片体结构的细长几何特性,对船体振动模态进行了简化表示。应用振动模态的简化表示方法,广义流体动力计算可以转化为易于数值求解的形式。以一条双体分段船模为例,应用上述方法计算了其在规则波中的运动和剖面载荷响应,与模型试验结果和文献中发表的理论结果进行了比较验证。最后按照谱分析方法分析了该船模在实际海浪中的弹振效应。 3.提出了应用匹配的边界元方程求解二维半势流理论的数值方法。应用二维时域物面分布源求解方法对这种数值格式进行了比较验证,讨论了自由面边界网格划分和船体纵向分段数划分的收敛性问题。以一条集装箱船为例,


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