船舶航行时水动力系数求解二维半理论的稳定算法

给出一种基于高速细长体理论的预报排水型船在波浪上运动水动力求解的数值方法.在该理论的定解条件中,自由面条件是三维的,而控制方程和物面条件则是二维的,所以称为二维半理论.采用二维时域自由面Green函数将定解问题转化为船体切片上的积分方程,进而求解有航速下的船舶水动力问题.重点讨论了水动力计算的稳定算法.对ITTC建议的标准WIGLEY船型作了理论预报,并与DELFT大学的实验结果和用STF切片法的理论预报结果作了比较.比较结果表明,本文提出的二维半理论的预报结果与试验结果相当接近,而计算效率和切片法相当,且大大改善了理论预报的精度.     

二维半理论和切片法的数值比较研究

二维半理论是近年来应用于高速船舶运动和波浪载荷预报的一种势流理论.该理论采用了三维的自由面条件,控制方程和物面条件是二维的.新切片法则是目前在波浪载荷预报程序中广泛采用的一种二维势流方法.为了探讨二维半理论在船舶耐波性领域的应用,本文以NPL单体船船模Mode 15b为例,进行了二维半理论和切片理论在不同航速下的水动力,运动响应和垂向波浪载荷的数值结果比较,来说明两种理论方法的异同.     

基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件WASIM基于时域势流理论,采用Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模DTMB5512为对象,采用WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明:利用WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。     

基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件 WASIM基于时域势流理论,采用 Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模 DTMB5512为对象,采用 WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明：利用 WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用 WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。     

迎浪状态下高速双体船的运动响应计算

给出一种基于切片理论的预报高速排水型船在波浪上运动性能的数值方法。在切片理论的定解条件中,自由面条件是三维的,而控制方程和物面条件则是二维的。采用时域自由面Green函数将定解问题转化为物面上的积分方程,进而求解水动力系数和船舶运动方程。对NPL系列单体船型的运动性能作了理论预报,并与实验结果和用切片法的理论预报结果作了比较。结果表明,切片理论在航速低的情况下预报结果与试验结果更为接近,由于受到纯二维假定的限制,在高航速情况下预报精度较差。     

双体船在波浪中航行时片体间流体动力干扰的研究（第一部分：辐射问题）

本文提出了一种新的理论方法，可用于预报双体船航行时因垂荡和纵摇引起的流体动力。该理论方法建立在Newman的统一细长船理论基础上， 并可视为由本文作者将池壁干扰效应的研究延伸到二个片体间相互干扰的问题上来，因此，本理论方法使用的有效航速（含零速在内）范围很广，且计算方便。将内场定义为二个片体中之一的邻近区域。因此，内场解不仅包含对称的也包含反对称的调和分量。根据内场解与外场解的匹配要求，给出一对耦合积分方程以用于求解外场解中的三维源分布和偶分布强度，而它们的数值解可确定内场调和分量的未知系数。对于零速场合，本方法与一个更为严谨的三维积分方程方法的结果吻合良好；对于有航速场合，用Lewis船型的双体船在Fn=0.15和0．30进行了垂荡和纵摇的强制摇摆试验，试验与数值计算结果的比较表明，本理论由于考虑了三维和航速对片体间干扰的影响，故比一般只考虑二维精确干扰解的切片法有明显的改进。     

两船在波浪中耦合运动的三维频域理论研究

本文采用三维势流理论求解两船在波浪中相互干扰的耦合运动。基于源分布方法，两船船体表面被划分成若干面元，在每一面元上进行等源强分布。为了验证该理论以及算法的可行性，计算了有限水深中两圆柱的水动力干扰，其数值计算结果与其他理论结果吻合较好。其次计算了两船在波浪中无航速与有航速情况的水动力干扰，其结果与单船结果以及双船试验结果进行比较。同时深入研究了纵横向间距以及航速变化对水动力干扰的影响，得出间距与航速不仅是水动力干扰的重要参数，而且对两船中的小船影响尤为重要。本文的研究提出了一种有效而又简单的方法预报两船在波浪中的耦合运动，为分析海上航行补给所涉及的水动力问题提供了有效的手段。     

三体船耐波性预报

应用三维势流理论,计算了三体船在不同航速下垂荡、纵摇、横摇运动频率响应函数。预报了三体船在不规则波中各种海况下航行时的运动和加速度有义值,同时分析了三体船在西北太平洋海区一定海况下的运动特征和规律,最终根据舰船耐波性衡准要求,确定了三体船适合航行的海况与航速,为三体船耐波性方面得出了有价值的参考。     

海峡车渡船横摇性能研究

海峡车渡船Ａ耐波性欠佳，为解决此问题，首先对其运行海区的海浪状况进行了调研，同时对其船型进行了分析，提出并实施了船型参数改进方案，设计了新车渡船Ｂ，为检证船型Ｂ相对原型Ａ的减摇效果，在中国船舶科学研究中心的大型波浪水池以１：１６缩尺比完成了耐波性比较试验，同时借助有航速的三维势流理论计算了两条船的横摇响应。通过上述研究发现：１．有航速三维势流理论计算经阻尼系数修正后的横摇响应与模型试验结果颇为一致     

浅水中航行船舶的水动力系数

本文利用切片理论数值研究了浅水中前进船舶的水动力系数.为计及水深的影响,采用简单格林函数方法求解剖面水动力系数,提出了满足辐射条件的一种较方便的数值方法.计算了一数学船型的水动力系数,并与有关文献结果比较验证了数值方法的可行性.数值结果显示了水底效应对航行船舶水动力的影响,为进一步研究浅水航行船舶的耐波性提供了基础.     

基于三维辐射能量法的船舶波浪增阻计算分析

船体辐射运动是航行船舶波浪增阻的主要原因。文章基于频域势流理论推导出三维有航速船体辐射能量的具体表达式,其中流体运动速度势的计算采用了移动脉动源格林函数法,进一步根据获得的船体水动力系数和运动计算出航行船舶辐射运动引起的波阻增加,并与基于切片理论的现有方法进行了比较。对Wigley III、S175集装箱船及某型油船三类不同船型在不同航行工况下的波阻增加进行了详细的计算分析。研究表明三维辐射能量法相较于基于切片理论的方法具有更好的准确性和适用性,为船舶波阻增加的预报提供了快速有效的手段。     

浅水中下潜物体有航速辐射问题的数值解

开发了一种基于非均匀有理B样条(NURBS)的Rankine源高阶面元法用于求解浅水中下潜物体有航速辐射问题。基于势流理论,流场中的扰动速度势用物体表面和自由面上分布的Rankine源来表达,同时用映像法计及水底的影响;采用NURBS曲面精确表达物面和自由面,在求出边界面上的未知源强后,物体表面的速度势分布用B样条表示;采用配置方法对边界积分方程进行求解,采用高斯—勒让德公式计算方程中的积分,同时开发了一种解决数值积分中奇异性问题的方法。采用文中数值方法求解了浅水中下潜圆球的有航速辐射问题,计算得到了下潜圆球水动力系数和自由面波形,所得水动力系数计算结果和他人的计算结果进行了比较,其吻合程度良好,从而验证了文中开发方法的有效性。     

15000t半潜船耐波性分析和短期预报

基于三维势流理论,运用流体动力软件SESAM对某15000t半潜船在零航速时满载状态下的耐波性进行了计算和分析.并结合半潜船实际航行的国内近海航区,对其在典型海况下的耐波性进行短期预报.计算结果表明,此半潜船在横浪下垂荡和横摇较剧烈,各个浪向角下纵摇较接近,首斜浪下易引起甲板上浪.     

船舶在波浪中航行时绕射问题的线性时域解

本文研究了水面船舶(物体)在波浪中航行时的绕射问题,求得了有航速船舶绕射问题线性时域解的理论模型.提出了计算波浪绕射力的公式.对于细长形的船舶.作者给出了计算波浪扰动力的公式,使得在时域中有航速船舶波浪扰动力的计算,可以用辐射势和入射波势来表示,而不须求解绕射势.利用本文所提出的波浪扰动力公式.在求解波浪扰动力时,对于任意多的入射波频率,只要解算积分方程一从而大大节省了计算工作量。本文还证明了在波浪中航行的一般三维物体,如果在自由面条件简化时,假设定常兴波势为有限量价,则在波浪绕射力公式中,不存在水线积分项。从数学上证明了水线积分项在物理上反映了自由面条件中定常兴波势和不定常势之间的耦合效应。在算例中,运用本文导出的波浪扰动力公式对 Wigley 船型进行了波浪扰动力的求解,与试验结果和现有理论方法的数值结果进行了比较,吻合良好.本文还对各种参数的影响进行了讨论,对计算结果所反映的物理现象作了分析。     

基于MFS无网格方法的船舶耐波性预报

文章提出了一种新的基于MFS法(Method of Fundamental Solutions,即基本解法)的求解船舶势流问题的无网格数值方法。该方法采用势流控制方程的基本解表达流场中的速度势,可以得到任意阶连续的速度势导数;另外,通过引入流场虚边界的概念避免了传统边界元方法中存在奇点的问题。相比传统的边界元方法,MFS法具有无奇性、不依赖网格、不涉及数值积分、数学原理简单和算法易于编程实现的优势。文中对于MFS法在求解浅水二维剖面水动力系数中的应用进行了探索,提出了一套实用的数值算法,并进一步结合频域切片法计算了Wigley船体的垂荡和纵摇响应,通过和频域面元法及试验结果的对比验证了方法的正确性和实用性;最后应用开发的程序分析了不同水深和航速对于耐波性的影响。该研究开创性地将MFS方法应用到了船舶水动力研究领域,为之后更深入广泛地应用这一特性优良的数值方法提供了有益的参考。     

船舶耐波性学组举办耐波性理论计算法讲座

中国造船工程学会船舶力学学术委员会船舶耐波性学组邀请了哈尔滨船舶工程学院戴遗山、太舒二教授于1980年11月18日～1980年11月28日在上海交通大学分别作了《在航速不为时的三维源-汇计算法以及处理不规则频率问题》和《计算船舶耐波性的切片理论及多极子展开     

横向规则波作用下的船舶倾覆

运用安全池理论研究了某近海干货船在横向规则波作用下的船舶倾覆问题.用阿当姆斯预估-校正法数值求解时域内单自由度非线性横摇方程.采用三维格林积分方程法计算水动力系数的频域特性.分析了非线性横摇方程中势流阻尼、非线性阻尼以及在横向规则波作用下波高和频率对安全池的影响.     

基于全时域势流理论的船舶与液舱晃荡耦合运动的数值计算

基于三维线性有航速时域势流理论计算船体时域运动外域波浪力,同时采用三维全非线性时域势流理论来计算舱内液体的非线性晃荡所诱导力与力矩,进而建立了波浪中载液船舶耦合运动方程。该方法能够完整地考虑波浪、船体和液舱晃荡之间的实时耦合作用。研究结果表明:通过模型实验和数值模拟计算的对比,数值模拟计算能够清晰显现出液舱晃荡对船体全局运动影响,无航速船体运动RAO与模型实验结果吻合良好,有航速运动计算合乎预期。     

规则波浪中舰船摇荡耦合切片计算方法

[目的]切片理论方法在舰船耐波性设计中有着广泛的工程应用,该方法是针对切片平均位置来计算水动力,本质上缺少船体垂荡、纵摇与横摇的运动耦合性。为有效耦合船体垂荡、纵摇与横摇的运动,[方法]基于广义纵倾角和广义吃水增量的参数,以及船体坐标系下瞬时波面方程的解析表达式,以满足波面处压力为零的条件修正波面下压力分布的计算公式(史密斯效应);基于波面方程和压力分布修正公式,给出瞬时波面下船体切片的静水力与傅汝德—克雷洛夫波浪扰动力之和的计算方法,惯性水动力和阻尼力则采用经验公式估算。建立船体垂荡、纵摇与横摇耦合的时变系数动力学方程,采用AutoCAD图形面域技术开发计算软件,数值计算规则波浪中舰船的耦合摇荡运动。[结果]数值计算结果表明,大波高时横摇幅频曲线呈现出较为显著的因摇荡耦合导致的非线性效应,同时在横摇共振区内有明显的波浪传播方向的横摇偏摇现象。[结论]所得计算方法对于舰船高海况下的耐波性预报将产生积极的作用,计算软件可以作为耐波性设计选型的评估手段。     

浅水航道舰船水压场理论解及其计算

基于浅水波动势流理论,建立亚临界航速和线性跨临界航速浅水波动控制方程。基于薄船假定,利用傅里叶积分变换法获得浅水航道舰船水压场理论解。通过数值求解,分析舰船航速、水深、航道宽度、色散效应对舰船水压场特性的影响,并与源汇分布法计算结果进行对比,验证所建立的浅水航道舰船水压场数学模型和计算方法的正确性与有效性。