预修正快速傅里叶变换方法在波浪绕射和辐射问题中应用

在波浪对海上建筑物绕射和辐射问题的计算中,面元法被广泛使用,但由于传统面元法的存储量和计算量均为未知量的平方量级,很难满足大范围多未知量问题的计算需要。采用预修正快速傅里叶变换方法(pFFT方法),使计算量与存储量都降低到未知量的线性量级。以淹没圆球与漂浮圆柱两个典型算例为基础,通过不同未知量时pFFT方法与传统面元法的计算量与存储量的对比,以及pFFT方法自身各步骤计算时间的对比,研究了不同网格方案的选取对pFFT方法计算量和存储量的影响,推荐根据未知量个数采用计算时间最小化原则选取pFFT网格参数。     

预修正快速傅里叶变换高阶边界元方法在波浪对物体作用问题中的应用

边界元方法被广泛应用于波浪对海上婕筑物作用领域,但由于传统边界元方法的存储量和计算量均为未知量的平方量级,很难满足大范围多未知量问题的计算需要.本文基于高阶边界元方法,应用预修正快速傅里叶变换方法,使计算量与存储量分别降低至O(NlogN)和O(N)量级,并得到一个连续的压强分布以适应结构设计的要求,同时可以通过使用满...     

完全非线性波浪与二维固定结构物作用的IGN-BEM耦合分析模型

为高效准确地对完全非线性波浪与二维固定结构物的相互作用进行模拟分析,建立了二维完全非线性时域耦合模型。耦合模型将计算域划分为靠近结构物的内域和远离结构物的外域,每个区域均采用满足完全非线性自由水面边界条件的波浪模型进行求解。在内域使用Laplace方程描述流体运动并采用高阶边界元法（BEM）对其进行求解;而在没有结构物的外域,波浪运动的控制方程为Irrotational Green-Naghdi（IGN）方程并采用有限元法（FEM）对其进行求解。内域和外域通过一段重叠区域进行耦合,从而实现模型间变量的传递。首先利用耦合模型分别对规则波的传播、直墙前立波的生成以及相关物理模型试验进行模拟,数值结果与精确解和试验结果的良好吻合验证了耦合模型耦合方式的合理性以及处理非线性问题的准确性;然后使用耦合模型模拟分析了波浪与固定结构物间的相互作用,并将结果与线性解析解以及完全非线性BEM模型的结果进行了对比分析,进一步证明了耦合模型的正确性与高效性。     

高阶边界元方法求解规则波在三维局部渗透海床上的传播

基于线性势流理论,利用高阶边界元法研究了规则波在三维局部渗透海床上的传播。根据Darcy渗透定律推导出渗透海床的控制方程,利用渗透海床顶部和海底处法向速度和压强连续条件得到渗透海床顶部满足的边界条件。根据绕射理论,利用满足自由水面条件的格林函数建立了求解渗透海床绕射势的边界积分方程,采用高阶边界元方法求解边界积分方程进而得到自由水面的绕射势和波浪在局部渗透海床上传播过程中幅值的变化情况。通过与已发表的波浪对圆柱形暗礁的时域全绕射结果对比,证明了本文建立的频域方法计算波幅的正确性和有效性。利用这一模型研究了三维矩形渗透海床区域上波浪的传播特性,并分析了入射波波长、海床渗透特性系数等参数对波浪传播的影响。     

四柱结构波浪绕射模型试验研究

张力腿平台的支撑结构由四根直立圆柱构成,四根支撑圆柱周围波面高度的计算对张力腿平台结构安全以及气隙设计具有重要意义。采用模型试验的方法对四柱结构的波浪绕射问题进行研究。试验中对柱体附近多个位置处的波面高度进行测量,通过对测量数据的统计分析,得到一阶和二阶水面波高分量幅值。为了验证绕射理论在计算波面高度上的适用性,试验结果与数值模拟结果进行了对比。通过对比发现,即使波陡较大的情况下二阶绕射理论也可以很好地对波面高度进行模拟。同时,对发生在多柱结构内部的重要近场干涉现象也进行了观测。在特定的入射频率下,试验中观测到四柱结构内部流体发生明显的共振运动。     

海洋系泊缆索非线性有限元静力分析

采用几何非线性有限元方法研究海洋系泊缆索在重力、浮力和水流流体阻力作用下的静态平衡位形和张力分布.基于完全的Lagrangian格式,采用二节点等参索单元建立系泊缆索的静态平衡方程;采用增最迭代法求解得到的静平衡方程.数值算例证实此方法的有效性和准确性.计算了不同水流流体阻力作用下缆索的静平衡位形和张力分布,得到一些有意义的结论.     

Fast Evaluation of Time-Domain Green Function for Finite Water Depth

1 .IntroductionShipsrestrainedbycablesandfendersinfrontofdocksundergolargeamplitudenon harmonicmotionsinwaves.Forthiskindofnon harmonicproblem ,atime domainmethodmustbeapplied .LinandYue ( 1 990 )usedanintegralequationwiththetime domainGreenfunctionforinfinitewaterdepthtocomputetheshipmotionindeepwater.Butforthepresentproblem ,theintegralequationwiththetime domainGreenfunctionforfinitewaterdepthmustbeapplied .TheGreenfunctionisafieldwithacertainboundaryandinitialconditionsproducedbyasourceat…     

波浪与结构物作用分析的一种高阶边界元方法--自由项和柯西主值积分的直接数值计算

采用直接数值计算方法计算了势流问题高阶边界元方法中的自由项系数和柯西主值积分,建立了波浪与结构物作用的一种高阶边界元方法.通过算例研究了物体表面上固角系数的计算精度和不同网格剖分、不同阶高斯积分点对柯西主值积分的影响.对截断圆柱上的波浪作用力与解析解做了对比,发现本方法具有很高的计算精度,随网格的加密迅速收敛于解析解.     

深水中极限波峰下速度场快速算法

基于五阶斯托克斯规则波理论,提出了一种快速求解深水极限波峰下速度场的数学模型.研究中,按照上跨零点和下跨零点的方法由计算或实测的极限波浪波面时间历程确定包含极限波峰的相邻两个周期的平均值为五阶斯托克斯规则波的波浪周期,然后根据极限波峰反推确定波浪入射波幅.通过与已有的数值结果和实验数据对比,验证了所建立的数值模型可以快速准确的计算出极限波峰下的速度场,相比其他模型,更适合于工程应用.     

Spar平台垂荡板水动力系数计算与分析

Spar平台带有厚度很薄的垂荡板,使用边界元方法计算时存在着准奇异积分的数值计算问题。采用自适应高斯积分法对其准奇异积分问题进行处理,较少单元即可达到很高精度。在势流理论下对Spar平台垂荡板的水动力系数进行了计算,并与实验结果进行了对比,发现真实流体中垂荡板的附加质量约为势流理论下附加质量计算结果的1.1倍,而辐射阻尼在总阻尼中所占的百分比很小,此时粘性阻尼成为垂荡板的主要阻尼来源,在工程设计中不可忽略。