[发明专利]船舶大幅横摇运动的三维数值模拟方法

说明书

本发明提供的是一种船舶大幅横摇运动的三维数值模拟方法，包括：读取网格文件，进行船舶静水力计算；计算泰勒展开边界元方法所需的边界积分方程所涉及的影响系数矩阵；叠模速度势及其空间一、二阶导数和Mj项求解；时域格林函数及其空间法向导数求解；计算横摇阻尼系数；不规则波分解，线性叠加成入射波时历；泰勒展开边界元法直接时域扰动波浪力计算；入射波浪力与静水回复力计算；大幅运动预报方程建模，采用四阶龙格库塔方法步进求解运动方程，进行船舶在顶浪或者斜浪中非线性运动评估；进行不规则波中船舶大幅运动数值模拟和特征统计。利用本发明的方法能够预报集装箱船迎浪规则波中大幅运动及不规则波中船舶大幅运动数值模拟和特征统计。

技术领域

本发明涉及的是一种模拟方法，特别涉及一种利用三维泰勒展开边界元方法模拟船舶大幅横摇运动的方法。

背景技术

首尾变化剧烈的船舶，在特定的海浪工况下容易发生参数横摇现象，即大幅横摇运动。特别是集装箱船极容易发生该现象。船舶一旦发生参数横摇现象则会对货物带来损失，对船舶安全带来影响。因此船舶参数横摇现象发生概率统计是水动力学研究的热点。

船舶运动预报数值模拟中需要考虑定常叠模势对非定常速度势的影响。因此自由面条件实施对数值预报精度也有影响。目前常用的自由面条件包括NK自由面条件和DB自由面条件。因为DB自由面条件设计叠模势二阶导数的计算，因此要比NK自由面条件要复杂。而尖角边界处速度势二阶导数精确求解是数值模拟的难点。

集装箱船舶尾部均为大外飘船型，利用时域格林函数方法求解存在数值发散问题。因此对于大外飘船型运动时域预报均采用简单格林函数法。对于远方辐射条件实施有阻尼区法和时域格林函数法。相比于阻尼区法，时域格林函数方法大大减少自由面网格数目，能够提高数值模拟的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够为船舶参数横摇现象发生概率统计提供基础的船舶大幅横摇运动的三维数值模拟方法。

本发明的目的是这样实现的：

步骤1，读取网格文件，利用网格信息进行船舶静水力计算；

步骤2，计算泰勒展开边界元方法所需的边界积分方程所涉及的影响系数矩阵；

步骤3，叠模速度势及其空间一阶、二阶导数和Mj项求解；

步骤4，时域格林函数及其空间法向导数求解；

步骤5，计算横摇阻尼系数；

步骤6，不规则波分解，线性叠加成入射波时历；

步骤7，泰勒展开边界元法直接时域扰动波浪力计算；

步骤8，基于弱散射理论入射波浪力(Froude-Krylov力)与静水回复力计算；

步骤9，船舶大幅运动预报方程建模，采用四阶龙格库塔方法步进求解运动方程，进行船舶在顶浪或者斜浪中非线性运动评估；

步骤10，依据船舶大幅运动响应RAO，进行不规则波中船舶大幅运动数值模拟和特征统计。

集装箱船在船首尾部，舭部均存在尖角。因此精确求解尖角边界处叠模势，非定常扰动速度势切向诱导速度是数值模拟的关键。本发明是一种面向船舶参数横摇直接时域模拟的泰勒展开边界元方法，利用泰勒展开边界元方法能够精确求解任意流域边界的二阶导数。弱散射理论可以考虑瞬时波面下入射波浪力和恢复力，考虑船舶大幅运动。结合这两点本发明提出了面向船舶参数横摇直接时域模拟的泰勒展开边界元方法。

利用本发明提出的方法能够预报集装箱船迎浪规则波中大幅运动RAO及不规则波中船舶大幅运动数值模拟和特征统计。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式