不规则波中浮体二阶水动力时域数值模拟

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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，，、，，•哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集

3、体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：；枷{一I日期：弘l-年d王月I蝈哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为

4、哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(口在授予学位后即可日在授予学位12个月后口解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。．作者(签字)：i执z，丁，1导师(签字)：f／)3(缈∥‘-l／日期：枷l一，年明ft／日如∞年o：；月7咽。'—∥妙一不规则波中浮体二阶水动力时域数值模拟l确．．k摘要随着我国近海油气资源日趋减少，油气开发逐渐走向深海，发展新型深海平台技术已经成为国际海洋工程界研究的热点问题，而在时域内能够有效一地模拟非线性波浪力对深海平台的影响是非常重要的。为了满足深海平台设、计中对准确预报载荷

5、和运动的要求，本文将以非线性不规则波对浮体的影响二特性及预报方法进行研究，旨在发展不规则波中深海平台二阶水动力的时域预报技术。本文将研究一种稳定的三维时域数值模拟方法，预报和分析浮体在规则和不规则波中所受的线性以及非线性的水动力，在远方辐射面上采用多次透射边界条件(Multi．transmittingformula，MTF)，在自由面上采用积分格式的自由面边界条件(IntegralformofFreesurfaceBoundaryCondition，IFBC)。为此，本文着重在以下几个方面开展了研究工作：1．本文从时域线性辐射和绕射问

6、题入手，对基于MTF和IFBC边界元法的参数敏感性进行研究，其中包括附加因子、平滑函数、时间步长、水深、人工波速以及网格质量等因素的影响；并对时域数值模型的稳定性以及MTF的外传效率进行了研究：长时历的数值模拟，结果不会出现发散现象：同时，给出在水波领域能够满足数值精度要求的人工波速取值范围；此外还使用不同形状的人工边界对一般形状浮体的水波问题进行了研究。2．将基于MTF和IFBC边界元法应用到不规则波问题的数值模拟中。对受不规则垂荡激励运动的半球辐射问题和直立圆柱桩的不规则绕射问题进行了研究，其中包括双色波、多色波以及基于海浪谱的不

7、规则波问题。除在低海况外伪1，3=0．5m和hl／3=1．0m)，MTF都能有效地将不规则的波动传出人工边界，在人工边界处达到无反射的效果。由于低海况的波能谱曲线比较平坦，一绝大部分能量所占的频率范围比高海况要宽的多，仅使用MTF法还不能有效。地将所有波动传出人工边界，因此本文采用一种新的水波透射器一阻尼区耦^合MTF法(MTF+DZ)作为人工边界条件模拟基于海浪谱的不规则波问题，并比较了各种阻尼区耦合MTF法的消波效率，得到了最优的MTF+DZ的耦合形式，同时给出了有效的最短阻尼区长度，此外还使用MTF+DZ法模拟了半潜柱体和半潜式

8、平台的不规则波绕射问题，并使用MATLAB软件对不规则的时历信号进行快速傅立叶变换，将得到的结果与Hydrostar软件的频域结果进行了比较。3．本文对基于MTF和IFBC分布源法的数值精度进行了研究。以直立圆柱桩绕射为