基于B样条的三维船体水动力数值计算研究

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1、武汉理工大学博士学位论文基于B样条的三维船体水动力数值计算研究姓名：张晓兔申请学位级别：博士专业：流体力学指导教师：张乐文;刘祖源2002.5.1武汉理工大学博士学位论文摘要+随着我国加入WTO以及经济体制改革的深入进行，航运事业必然会得到蓬勃发展，而面对航道中日益增多的船舶，人类迫切需要了解船体上所受到的水动力馈况，龙其是然体通过桥墩、两船棱遇时的干扰水动力变化趋势，这些对避免船舶碰撞等海难事故的发生具有重要意义。计算流体动力学的发展和商业化，为数值模拟船舶流场提供了条件。与试验方法相比．数值计算方法具有自身的优点与发展潜力。作者在对与船体水动力尤其是干扰水动力的研究相关的

2、文献的阅读与分车厅的基础上，结合作为定义工业产品凡何形状的难一数学描述的非均匀有理B榉条方法，选择B榉条(统一成非均匀有理B群条形式)来进行有关三维船体水动力的数值计算研究工作。它不仅为船体水动力的研究带来了新的处理方法，而且在船舶计算机辅助设计与船舶流体动力学之间起到了无缝的接口作用。作为数值计算的基础性工作。第2章采用人机交互的方式对船体型线与船体曲面进行几何造型，并全部统一成非均匀有理B样条形式，所生成的网格顶点直接为后续水动力的数值计算利用，这样避免了传统承动力计雾程序中舶许多数据输入稻处理的过程，为了考查本文方法的可行性。第3章以圆球体绕流、圆柱绕流以及两个等圆球体

3、在流场中的附加质量作为例子，通过在物体表面布置强度以非均匀有理B样条表达的源汇和着重对奇异积分的处理后完成了相应的计算．从与理论解的比较可以看出本方法的优越：在数目很少的配置点下数值解可取得十分良好的精度。第4章对Wigley船型的线性兴波阻力、不同弗氏数下的三维波形和等高线图作了数值计算．也取得了令入满意的结果。由于有升力的存在，第5章直接从速度势格林公式出发，并采用了一种近似的Kutta条件，首次采用B样条边界元方法对作斜航船‘本学位论文得到国家自然科学基金项目资助(批准号：19872052)。武汉理工大学博士学位论文体的操纵水动力开展了数值计算研究工作，所得到的结果在小

4、角度斜航时精度要好于作大角度斜航时的精度，这可能因为所采纳的Kutta条件所导致的。第6和7章针对船体之间的干扰水动力问题，分别从两个层次上予以研究，即进行拟定常化处理和完全在时域内作三维非定常计算，从与已公开发表的文献试验资料比较来看，所得的结果可以在定性和数量级上很好地反映干扰水动力的变化趋势，从而为了解船舶碰撞的运动机理提供了有力的理论根据，同时也为如何实现船舶避碰提供了一定的决策支持。第8章选择日本MMG的操纵运动数学模型对船舶作回转运动、z型操纵试验的情况进行了数值模拟，并着重考虑了航道水深对船舶操纵性能的影响问题，其目的主要是为了课题组今后进一步开发诸如内河船舶操

5、纵模拟器、船舶避碰计算机动态演示的需要。最后第9章对全文进行了总结并提出了今后进一步的研究方向。关键词：干扰水动力；操纵；B样条；边界元：三维数值计算Ⅱ武汉理工大学博士学位论文ABSTRACT“ThecauseofshippingmusthaveaflourishdevelopmentwiththeaccesstoWorldTradeOrganizationandfurtherreformationofeconomysystemofourcountry．Itisimperiousneedtounderstandthehydrodynamicforcesactedonshiph

6、ullwhiletheamountofshipsinthesea-routesisincreasing．Theseforces，especiallythechangingtendencyofhydrodynamicswhenthetwoshipsaremeetingorashipispassingapierareofgreatimportancetoavoidtheshipwreckssuchasshipcollision．ComputationalFluidDynamics(CFD)providesaconditionfornumericallysimulatingship

7、fluidflowfieldwiththedevelopmentandcommercialization．CFDhasitssuperiorityandpotentialfordevelopingwithcontrasttotrialmethod．IncorporatingthenonuniformrationalBspline(NURBS)whichistheonlydefinitionoftheformofindustryproducts，theauthorselectsthemethodofBsp