船舶非定常兴波问题的时域计算研究

论文题目: 船舶非定常兴波问题的时域计算研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 船舶与海洋结构物设计制造

作者: 詹成胜

导师: 邹早建,郑伟涛

关键词: 时域,非均匀有理样条,高阶面元法,非定常兴波

文献来源: 武汉理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 船舶阻力性能是舰船的基本水动力性能之一。船舶阻力主要包括粘性阻力和兴波阻力,其中兴波阻力对船型的改变相当敏感,适当修改船体型线,有可能使兴波阻力明显降低。因此,用理论、试验和数值计算的方法探讨兴波问题的机理,预报船舶的兴波阻力,并以此为基础设计阻力性能最优的船型,一直是船舶水动力学研究的热点之一。 相对于理论和试验方法,用数值的方法计算船舶水动力具有其独特的优点和发展潜力。上世纪60年代至今,随着计算机科学技术的发展,计算流体动力学(CFD)取得了重大的进展。计算流体动力学(CFD)应用于船舶水动力学问题的数值求解,产生了船舶CFD方法。在近二十多年内,世界各造船先进国家的船舶科技工作者投入了大量的力量开展船舶CFD研究,取得了巨大的成就。特别是在兴波问题的研究中船舶CFD取得了显著的成功。 近年来,非定常问题受到了较大的关注。用时域的方法描述船舶在波浪上的运动,包括线性自由面条件下的大幅振荡运动,发表了大量的文献;对于非定常兴波问题,也有一部分学者在研究。近十年来,在高速船型的开发热潮中,出现了一些新的非定常兴波问题,包括高速船启动过程的非定常兴波问题,这些问题是现代高速船舶或常规船舶在非常规条件下运动所遇到的,有些尚未得到足够的重视和研究,其机理尚有待于弄清。因此非定常兴波问题值得船舶科技工作者们进一步关注。事实上,随着船舶CFD技术的发展,求解非定常兴波问题将是船舶CFD势流方法的主要研究方向之一。 随着船舶CFD技术被越来越广泛地应用于实际工程问题,势流法求解船舶水动力学问题的快捷性和精确性越来越重要,应用高阶面元法求解船舶水动力问题成为当今的一个研究热点。近年来,出现了众多的高阶面元法,其中基于非均匀有理B样条(NURBS)的高阶面元法因为可以和船舶计算机辅助设计(CAD)更好地结合,可以更方便、快捷地进行船型设计和船舶水动力性能设计、优化,

论文目录:

第1章 引言

1.1 选题背景与意义

1.2 非定常兴波问题的研究现状及进展

1.3 面元法

1.4 本文主要工作及创新之处

第2章 线性非定常兴波问题的数学描述

2.1 线性非定常兴波问题的数学提法

2.2 直接法的基本公式和时域GREEN函数

2.3 间接法

第3章 三维时域GREEN函数的数值计算

3.1 数值处理

3.2 数值结果

3.3 本章小结

第4章 基于NURBS的高阶面元法

4.1 NURBS几何造型

4.1.1 B样条的递推定义

4.1.2 B样条曲线的分类

4.1.3 数据点的参数化

4.1.4 曲线曲面上点的坐标和导矢的计算

4.1.4.1 de-Boor算法计算B样条曲线上的点

4.1.4.2 de-Boor算法计算B样条曲线的导矢

4.1.4.3 B样条曲面上点及导矢的计算

4.1.5 曲线曲面的反算

4.1.5.1 曲线的反算

4.1.5.2 曲面反算的一般过程

4.1.6 NURBS几何造型

4.1.6.1 NURBS曲面方程

4.1.6.2 NURBS曲线曲面上点和导矢的计算

4.1.6.3 NURBS曲面的修改

4.1.6.4 由NURBS构造的曲面

4.2 基于NURBS的时域KELVIN源高阶面元法

4.2.1 无限水域线性非定常兴波问题的数学描述

4.2.2 数值方法

4.2.2.1 时间离散

4.2.2.2 有关物理量的NURBS表达

4.2.2.3 参数平面上的空间离散

4.2.2.4 奇异积分的处理

4.2.2.5 非定常兴波波高和兴波阻力求解公式

4.3 本章小结

第5章 潜体的非定常兴波计算

5.1 求解潜体线性非定常兴波问题的时域高阶面元法

5.2 数值结果

5.3 本章小结

第6章 船舶非定常兴波计算

6.1 有关物理量的NURBS表达

6.2 数值结果

6.3 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 本文总结

7.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文和参加科研情况

发布时间: 2005-07-11

参考文献

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• [2].船舶兴波阻力新细长船理论的方法与计算研究[D]. 韩端锋.哈尔滨工程大学2002
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• [4].绕船舶自由面流动的时域分析和数值计算[D]. 冯大奎.华中科技大学2008
• [5].基于CFD的船舶阻力性能综合研究[D]. 倪崇本.上海交通大学2011
• [6].局部气垫双体船航行阻力预报方法与阻力特性研究[D]. 杨强.哈尔滨工程大学2016

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