[发明专利]基于G-N波浪模型的船舶在恶劣海况中大幅运动的预报方法

说明书

本发明公开了一种基于G‑N波浪模型的船舶在恶劣海况中大幅运动的预报方法，属于船舶运动预报技术领域。本发明通过船舶在波浪中的运动非线性模拟考虑了入射波浪力和船体静水恢复力的非线性效应，计算船体湿表面上的入射波压力。本发明基于G‑N波浪理论求解流体压力从而得到入射波浪力与静水压力，采用脉冲响应函数的方法求解辐射力与绕射力，其中绕射力波面由G‑N波浪模型得到，能够在计算中进行一致性修正。采用垂荡、纵摇和横摇三个自由度耦合的弱非线性运动方程进行船舶大幅运动预报，计算RAO来分析船舶运动特征，利用逐波分析理论对模拟的运动响应时历义值、运动极值和振荡统计进行分析，能够对船体运动进行较为准确的预报。

技术领域

本发明属于船舶运动预报技术领域，具体涉及一种基于G-N波浪模型的船舶在恶劣海况中大幅运动的预报方法。

背景技术

利用基于物面非线性效应的势流方法研究船舶在风浪中非线性运动的方法，能够抓住船舶大幅运动来自于入射波力和静水恢复力的非线性流体动力载荷的主要贡献，可以较为准确的反映船舶大幅运动的水动力非线性效应，从计算精度和效率两方面来看特别适用于船舶大幅运动非线性分析。在船舶非线性运动数值模拟过程中，数值模拟波浪的准确性很大程度上影响船舶在波浪中的运动及响应数值模拟的准确性。

波浪是海洋工程中的主要环境载荷，关于波浪理论的研究有很多。深水波浪理论中，关于规则波的研究，有一阶Stokes(斯托克斯)波浪理论、二阶Stokes波浪理论、……、五阶Stokes波浪理论；关于不规则波的研究，主要使用线性叠加波浪理论。

当前，在船舶非线性运动预报分析中采用的是基于线性叠加原理进行海浪谱分解的方法，但这种方法在高海况时并不能很好的描述实际的海浪特性。通过与试验比较分析发现，在低海况下，利用线性叠加原理描述波浪从而进行船舶运动数值模拟结果与模型试验结果差别较小，可以满足工程设计要求。但在恶劣海况下，线性波浪理论具有一定的局限性，无法准确模拟船舶的运动。

在恶劣海况下由于强非线性的水动力学作用和波浪传播强色散性的影响，目前基于线性波浪叠加的随机海浪模型并不能合理描述这类极端海浪的自然特性，因此一种新的层析水波理论G-N波浪模型得以应用。概念源于连续介质力学的Cosserat理论，多用于欧拉场垂直分层，称为G-N波浪模型。G-N波浪模型是一种强非线性波浪模型，与传统的波浪模型相比，G-N波浪模型引入了流体质点运动速度沿水深方向上的变化形式，只要这个速度变化形式合理，就可以解决各种波浪问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可计算入射波压力、入射波浪力与静水恢复力的基于G-N波浪模型的船舶在恶劣海况中大幅运动的预报方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明公开了一种基于G-N波浪模型的船舶在恶劣海况中大幅运动的预报方法，通过以下步骤实现：

(1)初始化系统，输入造波边界处子波参数；

(2)根据输入的参数，运用非线性G-N波浪理论，进行波浪的数值模拟；

(3)根据输入的参数判断是否读入横摇阻尼系数，如果是，执行步骤(5)，否则执行步骤(4)；

(4)计算横摇阻尼系数；

(5)运用G-N波浪理论计算绕射力；

(6)运用G-N波浪理论计算船体入射波压力、入射波浪力与静水回复力；

(7)计算砰击载荷；

(8)计算时域辐射力；

(9)根据船舶大幅运动数值模拟方程建模，求解运动方程，得到运动时历模拟结果；

(10)根据运动时历模拟结果，得到不规则波中船舶大幅运动数值模拟和特征统计结果。