流体/刚体砰击问题及相似解研究

论文摘要

本文重点研究船舶二维水动力砰击总体载荷的预报及流体/刚体的相似解法。论文首先综合叙述了砰击载荷的产生,分析影响砰击载荷的各种因素,回顾了八十年来水动力砰击载荷的预报方法,并简要分析了各方法的特点。文章第2章给出了常见的预报砰击载荷的基本理论框架及基本公式。文章第3章在冯卡门及瓦格纳两种基本模型的基础上运用势流理论边界元法计算无限频率下的附加质量,依据附加质量变化率预报总体砰击载荷,将两种模型进行对比,比较其优缺点和适用范围。文章第4章主要采用全非线性自由面条件比较研究各种形式的楔形入水模型的相似解。以柯西积分结合边界元法为基本工具,用迭代求解的方法得到自由面变化及压力分布的情况,为取得收敛解,在射流区结合浅水理论与边界元法。考察的主要入水方式有对称/非对称楔形的垂直入水,对称/非对称楔形的斜向入水。研究砰击载荷发生的机理,进而对比研究各砰击形式的影响并给予定性分析。文中讨论了多种形式的入水并给出了自由面剖面形状及压力分布。文章第5章采用同样的方法针对水柱砰击结构物建立基本的计算模型,模拟三角形水柱砰击垂直墙/斜墙、垂直平板/顷斜平板的相似解,模拟对称/非对称水柱正向/斜向砰击对称/非对称楔形结构物的相似解,研究砰击发生机理,分析砰击的特点,讨论各因素对砰击载荷及其分布的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 砰击现象
• 1.2 船舶与海洋工程结构中砰击现象的描述、分类与影响因素
• 1.2.1 砰击现象的描述
• 1.2.2 船舶水动力砰击现象诱导因素
• 1.3 船舶与海洋工程水动力砰击预报方法的意义
• 1.4 船舶与海洋工程中水动力砰击载荷的预报方法
• 1.4.1 砰击载荷预报方法的重点与难点
• 1.4.2 预报方法
• 1.5 本文的工作与创新点
• 第2章 砰击理论中的基本假设及方程
• 2.1 势流理论的基本方程
• 2.2 流域的求解方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于冯卡门、瓦格纳理论模型的砰击载荷
• 3.1 冯卡门理论模型
• 3.1.1 冯卡门理论的解析分析
• 3.1.2 冯卡门理论模型的定解条件
• 3.1.3 冯卡门理论模型的数值解与分析
• 3.2 瓦格纳理论模型
• 3.2.1 瓦格纳理论模型的解析解
• 3.2.2 渐进匹配解析解
• 3.2.3 瓦格纳理论模型的自由面修正及定解条件
• 3.2.4 瓦格纳理论模型的数值解结果与分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 楔形入水的相似解
• 4.1 对称楔形体垂向入水模型
• 4.1.1 定界条件及其运用
• 4.1.2 方程离散与数值求解方法
• 4.2 非对称楔形匀速入水模型
• 4.3 带横向速度非对称楔形入水问题
• 4.4 本章小结
• 第5章 水柱砰击刚性结构物的相似解
• 5.1 三角形水柱砰击刚性直墙模型
• 5.1.1 边界条件及其运用
• 5.1.2 方程离散与数值求解方法
• 5.2 三角形水柱砰击刚性斜墙模型
• 5.3 斜三角形水柱砰击平板模型
• 5.4 三角形水柱与楔形结构的正向、斜向砰击模型
• 5.5 本章小结
• 第6章 一些后续问题的讨论
• 6.1 几点需要考虑的问题
• 6.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢