学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示
SPH方法模拟液舱晃荡及量纲分析
作 者: 徐卜男
导 师: 宗智;李海涛
学 校: 大连理工大学
专 业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 晃荡 光滑粒子流体动力学SPH 量纲分析
分类号: U661
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 72次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
内容摘要
液舱是船舶与海洋结构物中必不可少的组成部分,在风浪流等环境载荷作用下船体或结构的运动会传递给舱内的液体,当液舱处于非满载情况(即存在自由液面)时,自由液面就会产生不同程度的变形和波动,程度较大的运动即为晃荡。晃荡不仅能对舱壁结构本身造成损伤,还能影响整个浮体的稳性,因此是船舶与海洋工程领域研究的一个重要方面。本文利用一种无网格数值方法——光滑粒子流体动力学法(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)模拟二维矩形水舱的晃荡问题,主要研究晃荡过程中,水体运动与水舱运动之间的相位关系(或相位差),通过量纲分析提出控制该类问题的几个无量纲参数,并根据多组数值实验结果探讨各参数对相位关系的影响。SPH法是近来兴起的一种无网格数值方法,采用拉格朗日格式,其特点在于问题域是以粒子形式离散的,粒子携带有材料属性,并且粒子之间没有网格联接,因此在处理大变形等较强非线性问题时具有较大的优势。本文介绍了SPH法的基本原理及其在流体动力学问题中的应用,并通过溃坝的算例,与实验对比来验证SPH法在处理流体动力学问题方面的可靠性。直到最近几年,SPH法才逐渐应用到晃荡问题的研究,它的优势在于不需要对自由液面做特殊处理,可以很好的描述剧烈的晃荡现象。本文也将某一载况下的晃荡现象,分别利用SPH模拟和模型实验进行再现,并将二者的现象进行了对比,吻合很好。本文的创新之处在于通过对二维矩形水舱的量纲分析,提出了四个无量纲参数,即频率比、深宽比、横摇幅值和横摇雷诺数等,它们可以控制水体运动与水舱运动之间的相位差。以此为依据,做了多组SPH数值实验来研究各参数对相位差的影响。数值实验的结果表明:只要满足基于这四个无量纲参数的相似准则,就可以忽略晃荡问题的尺度效应;而且在感兴趣的范围内,相位差与频率比和深宽比具有一定的正相关关系,但是横摇幅值对相位差的影响并不显著。
|
全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-8 1 绪论 8-12 1.1 选题研究的背景及意义 8 1.2 晃荡问题的研究进展 8-10 1.2.1 晃荡对结构本身的损害 8-9 1.2.2 利用晃荡对减摇水舱的研究 9-10 1.3 本文主要工作 10-12 2 SPH方法的基本原理 12-20 2.1 SPH法的基本思想 12 2.2 SPH法的基本方程 12-18 2.2.1 数的积分表示 12-13 2.2.2 数导数的积分表示 13-15 2.2.3 粒子近似 15-18 2.3 光滑函数的主要性质 18-20 3 SPH法在流体动力学问题中的实现 20-39 3.1 拉格朗日型的NS方程 20-26 3.1.1 有限控制体与无穷小流体微元 20-22 3.1.2 连续性方程 22 3.1.3 动量方程 22-24 3.1.4 能量方程 24-25 3.1.5 Navier-Stokes方程 25-26 3.2 SPH方法离散NS方程 26-29 3.2.1 密度的粒子近似 26 3.2.2 动量方程的粒子近似 26-28 3.2.3 能量方程的粒子近似 28-29 3.3 数值计算相关问题 29-32 3.3.1 人工粘性 29-30 3.3.2 粒子对相互作用对称化 30 3.3.3 人工压缩率 30-32 3.3.4 边界处理 32 3.4 最近相邻粒子搜索法 32-34 3.4.1 全配对粒子搜索法 32-33 3.4.2 链表搜索法 33-34 3.5 数值算例——溃坝 34-39 4 晃荡问题的机理和量纲分析 39-43 4.1 晃荡问题的机理 39-40 4.1.1 问题概述 39-40 4.1.2 浅水色散关系 40 4.2 量纲分析 40-43 5 二维晃荡水舱的数值实现 43-51 5.1 模型建立 43-45 5.2 实验验证 45-51 5.2.1 与船池实验室的晃荡实验对比 45-48 5.2.2 与Iglesias等人的实验对比 48-51 6 SPH模拟结果 51-61 6.1 量纲分析的合理性验证 52-53 6.2 对深宽比d/B的分析 53-58 6.3 对最大倾角A的分析 58-60 6.4 对频率比ω/ω_n的分析 60-61 结论 61-62 参考文献 62-66 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 66-67 致谢 67-68
|
相似论文
- 基于部分单元参数Youngs法的棱形液舱晃荡载荷分析研究,U661.4
- 焊接残余应力对LNG船液舱舱壁疲劳寿命的影响,U671.83
- 基于SPH方法的飞机油箱燃油晃荡研究,V228.11
- 考虑蠕变特性的盐岩相似模型及相似材料试验研究,TD311
- 粒子冲击钻井系统中粒子分离回收规律的试验研究及分析,TE21
- 海洋平台大型储油罐设计研究,TE972
- 建筑火灾场模拟中计算区域的影响研究,TU972.4
- 液舱晃荡对船体运动影响的二维与三维频域线性分析,U661.3
- 增大室外换热器面积对空气源热泵的影响研究,TB657.2
- 液舱晃荡与弹性防晃结构的相互耦合作用研究,U661.3
- 周期注采机理及数学模型建立研究,TE341
- 经编人造血管的研制及性能研究,TS106.67
- 基于非均衡语言信息的群决策相关问题研究,C934
- 火灾事故损失特性研究,X928.7
- 基于固液相耦合理论的矿山井下泥石流液化机理研究及无量纲分析,TD163
- 水平环境风作用下羽流质量流率的研究,X932
- 双跨钢梁的屈曲分析与应用,TU391
- 基于性能化防火设计理论的火灾场景研究,X932
- 缓冲垫层对水塔倾倒触地震动影响试验研究,TU311.3
- 载人飞船仪器舱通风过程的实验研究,V416
中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶原理
© 2012 www.xueweilunwen.com
|