船体水动力网格动态划分技术及应用.pdf

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1、第45卷第3期船海工程Vo1．45No．32016年6月SHIP&0CEANENGINEERINGJun．20l6DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2016．03．010船体水动力网格动态划分技术及应用朱雄军。李紫麟(1．武汉职业技术学院计算机学院，武汉430074；2．中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082)摘要：考虑到船舶与波浪耦合作用下，船体湿表面时刻变化，引起非线性动力效应，根据网格单元与波浪的不同接触类型，分别采用拆分、合并和局部调整得到新的船体湿表面网格，选取波

2、浪环境中线性规则波2种情况，对简体船舶模型在波浪环境下横摇和纵摇进行算法验证，并对线性波中集装箱船湿表面网格动态划分过程进行数值模拟，验证算法的正确性与实用性，为波浪中船体非线性动力特性的时域计算提供技术支持。关键词：船舶；时域分析；动态划分；网格重构；数值模拟中图分类号：U662．9文献标志码：A文章编号：1671-7953(2016)03-0043-04近年来，网格技术广泛应用于各种工程和科考虑波浪与船体单元间的接触判断确定需要调整学的数值计算。网格生成¨J，网格划分J，网格的网格。根据网格单元与

3、波浪的不同接触类型，优化J，动网格技术等诸方面关键技术得到发分别采用拆分、合并和局部调整获取新的船体湿展和完善。模型的网格生成与划分是有限元前处表面网格。选取简化的船体模型在波浪环境下横理的重要部分，在数值计算中通常采用初始划分摇和纵摇进行算法验证。最后应用网格动态划分好的网格。在某些研究领域中，网格单元和网格技术，对时域线性波浪下集装箱船湿表面网格动形状需要随时间进行调整，进行网格重新划分态划分过程进行数值模拟。(remeshing)，完成从旧网格到新网格的信息转1网格动态划分的理论依据换J。在网格

4、重新划分的研究中，张玉新等-o应用有限元分析软件(MSC1SuperForm)中的网格再在运算之前，需要读取船体单元和水线面的划分功能，对铝型材的挤压变形过程的三维有限参数数据。如图1所示，波浪环境选取直线表示元模拟；丁永祥和夏巨基于等参转换概念及应静水状态，可通过首尾吃水计算出水线位置；曲线用小区理论对刚塑性有限元网格重新划分算法进表示线性规则波浪，通过波高，频率，相位描述波行了研究；吴淑芳等首次考虑了四边形网格被浪的位置信息。直线切割后各种几何特征，并给出相应的混合调整算法。利用势流理论进行船舶与

5、海洋结构物水动力分析时，常采用格林函数法，计算时需对船体平均湿表面进行网格划分_9。但考虑物体湿表面积及吃水变化引起的非线性动力效应时，需要在每一时间步重新计算湿表面，对变化的水线面附近网格进行动态的重新划分。为此，针对船舶图1二维船体在波浪中的简化几何模型水动力计算中网格动态划分和重构的关键技术进对船体外表面采用四边形网格和少部分三角行研究。波浪环境分别选取线性规则波2种情形网格进行划分，因此船体表面信息由节点和单况。船体结构由四边形单元与三角形单元构成。元的集合构成。在算法中采用有限元网格编号方法

6、，即先寻找一个边角节点，使该节点的编号为1，新编号节点沿着已经编号的节点的前沿向外扩收稿日期：2015—10～26修回日期：2015—12—1I展，直到所有的节点编完为止。有限元网格生成第一作者简介：朱雄军(1966一)，男，硕士，副教授以后，单元的信息即可获得。这里用(i)和Y(i)研究方向：计算机软件与理论分别表示节点位置属性，elementinf(i，1：4)表示E·mail：zhuxiongjun@126．tom构成i号四边形单元网格的节点编号，按照逆时432第0136期年朱雄军，等：船体水动

7、力网格动态划分技术及应用船海工程第45卷针顺序记录。此外，构成船体表面的少量三角形附近的区域的单元信息，与给定的“类型”的定义单元，可由四边形退化而成，将该单元的第4个节进行匹配，以确定该局部区域网格是否需要重构点与第3个节点重合即可。及相应的重构类型。最后调用所对应的操作，对船体四边形网格单元与水线面的接触判断是目标网格进行重构。决定网格是否需要重构的直接因素。四边形与水2动态网格算法实现线面的位置关系一般包括3种情况，如图2示：f与四边形ABCD不相交；f与四边形ABCD的两可视化处理有多种方式，

8、对二维数据场的可条边相交；f过四边形ABCD顶点并与其相交。视化处理方法包括一】，(曲线)图法、极坐标图可以发现，当四边形中的任意一组对角顶点在直法、二维网格法、二维矢量图法、二维等值线法及线的两侧的时候，直线穿过四边形，将其切割成两柱状图法等，对三维数据场的可视化处理方法包个部分。否则，直线未将四边形剖分。因此，水线括三维网格法、三维矢量图法、三维等值线法及离面与四边形单元的接触判断可以转化成单元的4散点图法等。为了能够清晰的表达三维仿真数据个节点与水