不規(guī)則波中浮體二階水動(dòng)力時(shí)域數(shù)值模擬

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1、ClassifiedIndex：U661．1U．D．C：ADissertationfortheDegreeofD．EngrTlo1●—、●●．●^√^．●●l1me—Q0maln3lmulatlon0t3econd一0rderHydrodynamicForceonFloatingBodiesinIrregularWavesCandidate：XuGangSupervisor：Prof．DuanWenyangAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：FluidMechan

2、icsDateofSubmission：July，2009DateofOralExamination：March，2010University：HarbinEngineeringUniversity■●，●■■■-II‘●-●0．■■1．■．L，，、，，?哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本論文的所有工作，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)的引用已在文中指出，并與參考文獻(xiàn)相對(duì)應(yīng)。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集

3、體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者(簽字)：；枷{一I日期：弘l-年d王月I蟈哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文授權(quán)使用聲明本人完全了解學(xué)校保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有關(guān)規(guī)定，即研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于哈爾濱工程大學(xué)。哈爾濱工程大學(xué)有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件。本人允許哈爾濱工程大學(xué)將論文的部分或全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文，可以公布論文的全部?jī)?nèi)容。同時(shí)本人保證畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫(xiě)的論文一律注明作者第一署名單位為

4、哈爾濱工程大學(xué)。涉密學(xué)位論文待解密后適用本聲明。本論文(口在授予學(xué)位后即可日在授予學(xué)位12個(gè)月后口解密后)由哈爾濱工程大學(xué)送交有關(guān)部門進(jìn)行保存、匯編等。．作者(簽字)：i執(zhí)z，丁，1導(dǎo)師(簽字)：f／)3(緲∥‘-l／日期：枷l一，年明ft／日如∞年o：；月7咽。'—∥妙一不規(guī)則波中浮體二階水動(dòng)力時(shí)域數(shù)值模擬l確．．k摘要隨著我國(guó)近海油氣資源日趨減少，油氣開(kāi)發(fā)逐漸走向深海，發(fā)展新型深海平臺(tái)技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)際海洋工程界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，而在時(shí)域內(nèi)能夠有效一地模擬非線性波浪力對(duì)深海平臺(tái)的影響是非常重要的。為了滿足深海平臺(tái)設(shè)、計(jì)中對(duì)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)載荷

5、和運(yùn)動(dòng)的要求，本文將以非線性不規(guī)則波對(duì)浮體的影響二特性及預(yù)報(bào)方法進(jìn)行研究，旨在發(fā)展不規(guī)則波中深海平臺(tái)二階水動(dòng)力的時(shí)域預(yù)報(bào)技術(shù)。本文將研究一種穩(wěn)定的三維時(shí)域數(shù)值模擬方法，預(yù)報(bào)和分析浮體在規(guī)則和不規(guī)則波中所受的線性以及非線性的水動(dòng)力，在遠(yuǎn)方輻射面上采用多次透射邊界條件(Multi．transmittingformula，MTF)，在自由面上采用積分格式的自由面邊界條件(IntegralformofFreesurfaceBoundaryCondition，IFBC)。為此，本文著重在以下幾個(gè)方面開(kāi)展了研究工作：1．本文從時(shí)域線性輻射和繞射問(wèn)

6、題入手，對(duì)基于MTF和IFBC邊界元法的參數(shù)敏感性進(jìn)行研究，其中包括附加因子、平滑函數(shù)、時(shí)間步長(zhǎng)、水深、人工波速以及網(wǎng)格質(zhì)量等因素的影響；并對(duì)時(shí)域數(shù)值模型的穩(wěn)定性以及MTF的外傳效率進(jìn)行了研究：長(zhǎng)時(shí)歷的數(shù)值模擬，結(jié)果不會(huì)出現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象：同時(shí)，給出在水波領(lǐng)域能夠滿足數(shù)值精度要求的人工波速取值范圍；此外還使用不同形狀的人工邊界對(duì)一般形狀浮體的水波問(wèn)題進(jìn)行了研究。2．將基于MTF和IFBC邊界元法應(yīng)用到不規(guī)則波問(wèn)題的數(shù)值模擬中。對(duì)受不規(guī)則垂蕩激勵(lì)運(yùn)動(dòng)的半球輻射問(wèn)題和直立圓柱樁的不規(guī)則繞射問(wèn)題進(jìn)行了研究，其中包括雙色波、多色波以及基于海浪譜的不

7、規(guī)則波問(wèn)題。除在低海況外偽1，3=0．5m和hl／3=1．0m)，MTF都能有效地將不規(guī)則的波動(dòng)傳出人工邊界，在人工邊界處達(dá)到無(wú)反射的效果。由于低海況的波能譜曲線比較平坦，一絕大部分能量所占的頻率范圍比高海況要寬的多，僅使用MTF法還不能有效。地將所有波動(dòng)傳出人工邊界，因此本文采用一種新的水波透射器一阻尼區(qū)耦^合MTF法(MTF+DZ)作為人工邊界條件模擬基于海浪譜的不規(guī)則波問(wèn)題，并比較了各種阻尼區(qū)耦合MTF法的消波效率，得到了最優(yōu)的MTF+DZ的耦合形式，同時(shí)給出了有效的最短阻尼區(qū)長(zhǎng)度，此外還使用MTF+DZ法模擬了半潛柱體和半潛式

8、平臺(tái)的不規(guī)則波繞射問(wèn)題，并使用MATLAB軟件對(duì)不規(guī)則的時(shí)歷信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換，將得到的結(jié)果與Hydrostar軟件的頻域結(jié)果進(jìn)行了比較。3．本文對(duì)基于MTF和IFBC分布源法的數(shù)值精度進(jìn)行了研究。以直立圓柱樁繞射為