sph算法改进及在自由表面流中的应用研究

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1、自由表面流动问题是船舶水动力学中一类重要的问题，对此类问题进行精确而高效的数值模拟是该学科的一个重要研究方向。而光滑粒子流体动力学(SPH)方法由于-其无网格、粒子类方法的特性，在对此类问题的研究上具冇天然的优势。然而，传统SPH方法在处理自由表而流动问题中也存在一系列的缺陷。首先，对于不可压缩SPH(ISPH)和弱可压缩SPH(WCSPH)模型在此类问题的适用性上没育让人信服的结论；另外，传统SPH方法在压力场的获取和固定边界条件的施加方式上的表现也不理想。针对这两个基础性M题，木文对两种SPH

2、模型在自由表面流动M题上的适用性进行了比较性研究。同吋，在前人工作的基础上，木文对耦合动力学固定边界条件进行了修正，并在边界压力记录吋使用了一种新的固定边界压力测量方法，获得了更为精确的固定边界压力值。晃荡问题是船舶水动力学中的一个热点问题，对船舶整体稳定性和局部结构强度均有较大影响。本文结合具体的晃荡试验对改进后的SPH模型和固定边界压力测量方法进行了验证，对液舱既定边界上的压力变化规律进行了研究，并通过一系列的数值模拟总结出了压力峰值与激励频率之间的关系。入水问题也是船舶水动力学非常关注的一个

3、问题，入水砰击压力对船舶的安全性宥着重要影响。本文应用SPH方法对几种不同底部形式结构物的入水砰击压力进行了比较性的研究，总结出具冇最稳定和高效的减压效果的底部形式。同吋，本文还分析了入水砰击的降压机理，对今后的工程设计具有一定的参考意义。关键词：光滑粒子流体动力学；自由表面流；固定边界；晃荡；入水ImprovingSPHMethodologywithItsApplicationtoSloshingandWaterEntryAbstractFreesurfaceflowisoneofthekeyp

4、roblemsinmarinehydrodynamics.Increasingattentionshavebeenpaidtothenumericalsimulationoffree-surfacerelatedproblems.Nicefeaturessuchasmeshfreeandparticle-typegiveSmoothedParticleHydrodynamics(SPH)methodnaturaladvantagesinsimulatingfluidflowswithchangin

5、gandbreakupoffreesurfaces.However，traditionalSPHmethodencounterssomedifficultieswhendealingwithcomplexfreesurfaceflows.Firstly，noconvincingconclusionsabouttheadaptabilitiesofincompressibleSPH(ISPH)modelandweaklycompressibleSPH(WCSPH)modelhavebeenoffer

6、edbypreviousresearchers.Additionally,obtainingaccuratepressurefieldsandapplyingreasonablesolidboundarytreatmentsarestillverychallengingfortraditionalSPHmethod.Tosolvetheseproblems，acomparativestudyofISPHmodelandWCSPHmodelinfreesurfaceflowsisconductedi

7、nthispaper.Somecorrectionsaremadeonthepreviouscoupleddynamicsolidboundarytreatment，basedonwhichanewpressuremeasurementmethodonsolidboundariesisofferedformoreaccuratepressurerecordings.Asaveryattractiveproblemwithfreesurfaces，sloshingexertsconsiderable

8、influencesontheoverallstabilityandlocalstructuralstrengthofaship.Inthispaper，theimprovedSPHmodelandthepressuremeasurementmethodarevalidatedthroughcomparisonwithexperimentaldata.Aseriesstudyofthepressureonsolidwallsofthetankisconductedtofindsom