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三维船舶在波浪上运动的频域计算

作　者: 马超
导　师: 罗薇
学　校: 武汉理工大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 辐射问题 绕射问题 Havelock源 运动响应
分类号: U661.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 17次
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内容摘要


三维有航速船舶在波浪上的运动,是一个经典的理论。Hess和Smith发表了其关于面元法开拓性的成果以后,面元法相关的理论以及应用就得到了快速发展。现如今,不仅有常数面元法,而且也有高阶的面元法。三维有航速船舶在波浪上的运动理论,也在此过程中受益匪浅。众多学者都通过该理论比较准确的预报了船舶的运动以及受力。而且也有了考虑粘性以及自由表面非线性对船舶运动影响的研究。而经典的三维有航速船舶的运动理论,虽然其已经日趋成熟,然而学者们也在不断的分析和完善其细节。因而这种理论现如今仍然是学者们了解和分析船舶耐波运动过程中的物理现象的重要工具。比如,通过m项分析船舶兴波与船舶运动的耦合作用,通过格林函数分析船舶运动过程中的运动的模态等等。本论文的工作,是采用Havelock移动脉动源,运用经典的三维有航速船舶的运动理论,在Fortran编译平台上编制频域内计算船舶运动的源代码。同时,本文采用平面三角形和平面四边形的组合离散船舶表面,并且将源点布置在平面单元上。本文的工作可以为进一步发展高阶面元法打好了基础。另一方面,论文比较详细分析了Havelock移动脉动源被积分函数在不同区间的数学特性,提出了直接采用普通数值积分的方法与近似解析解的方法。本文提出的新方法,适应灵活,计算效率较高。最后,论文将计算结果与其他学者的计算结果进行对比,并且对计算结果进行了初步分析。对比结果显示,本文的工作可以应用于实际的工程当中。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
符号说明  8-10
第1章 绪论  10-14
  1.1 研究意义  10
  1.2 研究背景  10-13
    1.2.1 三维格林函数的数值计算方法研究进展  11-12
    1.2.2 三维有航速运动性理论的发展  12-13
  1.3 本文的主要工作  13-14
    1.3.1 研究内容  13
    1.3.2 技术路线  13-14
第2章 基于Havelock源的运动理论  14-23
  2.1 坐标系的建立  14
  2.2 数学模型的建立  14-19
    2.2.1 数学模型的假设  15
    2.2.2 定解条件  15-17
    2.2.3 参考坐标的转换  17-18
    2.2.4 空间规范化速度势的提出  18-19
  2.3 格林函数法  19-23
    2.3.1 格林公式的简要介绍  19-20
    2.3.2 格林函数定解条件的提法  20-21
    2.3.3 格林函数的表达式  21-23
第3章 格林函数的数值计算  23-32
  3.1 无航速格林函数的数值计算  23-25
    3.1.1 辐射条件的处理  23
    3.1.2 Havelock源的高频振动的消去  23-25
  3.2 有航速格林函数的数值计算  25-32
    3.2.1 有航速格林函数的表达式  25-26
    3.2.2 高频振动的弱化  26-27
    3.2.3 数值计算方法  27-28
    3.2.4 有航速Havelock源数值计算结果验证  28-32
第4章 有航速Havelock源计算方法的一点改进  32-40
  4.1 Havelock源被积分函数的数学性质分析  32-33
  4.2 近似解析方法  33-35
    4.2.1 近场扰动项的近似解析方法  34
    4.2.2 传播项的近似解析解  34-35
  4.3 两个补充说明的问题  35-36
    4.3.1 求近场扰动项的近似解析解时,可能碰到的跳跃问题  35-36
    4.3.2 对传播项高频振荡部分的进一步说明  36
  4.4 验证与分析  36-40
    4.4.1 方法正确性的验证  36-38
    4.4.2 计算效率的分析  38-40
第5章 船舶在波浪上的运动  40-43
  5.1 船舶在波浪上的运动问题描述  40-41
  5.2 绕射势的求解思路  41-43
第6章 辐射问题的数值计算  43-59
  6.1 格林第三公式的离散  43-44
  6.2 格林函数及其法向导数的数值计算  44-47
    6.2.1 单元坐标系的建立  45
    6.2.2 1/r的积分  45-47
    6.2.3 波动项的积分  47
  6.3 数值计算结果  47-59
    6.3.1 无航速的计算结果  48-51
    6.3.2 有航速的计算结果  51-59
第7章 绕射问题与船舶运动响应的计算  59-73
  7.1 绕射问题的计算  59-60
  7.2 绕射问题计算结果对比  60-64
  7.3 船舶在波浪上的运动响应计算  64-73
总结  73-74
参考文献  74-77
致谢  77

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶原理 > 船舶动力学
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