[发明专利]一种斜浪下船艏非对称砰击载荷的确定性方法

权利要求书

1.一种斜浪下船艏非对称砰击载荷的确定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：将计算模型简化为刚体；

建立船体重心处运动方程

式中，M为广义质量矩阵；F(t)为船体周围流体载荷；η(t)是刚体重心的运动。

步骤2：简化计算模型波浪载荷的求解；

求解船体外部载荷力F(t)时，将其分为静水力F^S(t)、入射波力F_I(t)、绕射力F_D(t)和辐射力F_R(t)

{F(t)}＝{F^S(t)}+{F_I(t)}+{F_D(t)}+{F_R(t)}

静水力为

{F^S(t)}＝-[C]{η}e^iωt

式中，C为静水系数；ω为波浪圆频率。

入射波力F_I(t)和绕射力F_D(t)共同构成波浪干涉力F_ID(t)，其与入射波的形式有关，记为

式中，ξ_a为波幅，和为单位振幅下的入射波势和绕射势。

通过对湿表面的辐射压力进行积分，得到辐射力，即

步骤3：建立波浪下计算模型重心处六自由度运动方程；

作用在船体上的各种流体载荷分量代入到船舶运动方程中，得到准静态方程系统

([C]-ω²([M]+[A])+iω[B]){η}＝{f}

步骤4：建立计算模型船波三维空间的相对运动预报模型；

对于船舶的任意点(x，y，z)，则水平和垂直相对位移运动预报可表示为

式中，(x_b，y_b，z_b)为船体重心坐标；H_y、H_z为船舶与波浪的相对位移；β为波浪方向的角度；k是波数。

步骤5：建立二维剖面多自由度非对称入水砰击模型；

对船体进行切片，将三维砰击问题转化为二维砰击，简化计算量。二维剖面以横向速度，垂向速度和横摇速度入水。整个流体域边界有上部S_T，底部S_B，远方S_C和物面S_S。自由面上部为空气，下部为水。流域的上侧S_T设置为压力出口边界，底部S_B和两侧S_C为无滑移边界，物体表面S_S为无滑移刚性边界。

步骤6：应用VOF方法模拟非对称入水砰击过程，预报砰击载荷。

假设流体不可压，并忽略流体的粘性和重力效应，建立入水砰击的连续性方程和动量方程为

式中，p为压力，u为速度矢量，ρ为流体的密度。

应用VOF方法求解上述方程，假设水为基本相，引入相方程

式中，α为基本相的体积分数，则流体的密度可进一步表示为

ρ＝αρ₁+(1-α)ρ₂。

2.根据权利要求所述的一种斜浪下船艏非对称砰击载荷的确定方法，其特征在于所述的步骤2中，引入了速度势函数φ_j，利用三维势流理论进行求解。假设船体周围基本的控制方程和边界条件记为

[D]：

[B]：

[F]：

[S]：

[R]：

引入格林函数G(P，Q)建立边界积分方程求解速度势φ_j，在物体表面分布的未知源强度σ(q)满足

式中，P是流体域中的任意点；S为平均湿润面；Q是位于S的点。代入物面边界条件，可得源强度的积分方程，为

采用面元法求解上述线性方程组，得到求解波浪载荷所需的速度势φ_j。