船舶三维水动力脉冲响应函数模拟策略及运动响应分析

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波浪中船舶的运动时域预报是船舶水动力发展趋势之一,是当前船海工程领域的研究热点。然而目前国内还没有拥有自主产权的水动力耐波性计算软件。本文基于“数值水池”技术研发团队提出的脉冲响应函数与泰勒展开边界元相结合的方法对船舶水动力与运动进行数值模拟,该方法利用时域脉冲响应函数方法,在同一浪向工况下只需计算一次脉冲响应函数,大大提高了计算效率;并利用泰勒展开边界元解决了传统的Rankine源方法时域模拟船舶运动存在步进不稳定性问题。本文进行了如下的研究工作:  1.给出了有航速下船舶在波浪中运动的定常势与非定常势的定解问题数学表达式,建立了三维水动力脉冲响应函数求解定解问题,然后应用泰勒展开边界元方法求解边界积分方程。为之后的数值模拟提供理论基础。  2.以WIGLEY-A型船、WIGLEY-B型船以及S175船为例子,对船舶水动力系数(附加质量系数和兴波阻尼系数),F-K力和绕射波浪力脉冲响应函数进行计算,并与其他方法计算结果做对比,验证了水动力脉冲响应函数计算的正确的。  3.以WIGLEY-A型船、S175船与KCS船为例分析了以下参数的敏感性,包括NK假设与DB假设的选取;空间类离散参数:计算域的大小、自由面与匹配面网格密度、物面网格密度;时间类离散参数:脉冲响应函数计算总时间、脉冲响应函数时间的步进步长。总结出一套无因次化的设置参数。同时对前两个船型设置不同船速计算验证该套参数对不同船速同样适用。  4.应用上文中总结归纳出的适用于不同船型不同航速下的一套无因次化设置参数计算了S60船、KVLCC2船与WIGLEY-B型船并与试验值做对比,计算结果贴合试验值。其中WIGLEY-B型船的计算结果与Masashi Kashiwagi的计算结果做对比,无论是船舶水动力系数还是船舶运动本文计算结果均优于后者,验证了本文计算方法的先进性。
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