本文選題：高階邊界元法　切入點：空泡　出處：《中國艦船研究院》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：附加質量是研究水下航行體操縱性、水下振動特性等的重要參數。當有空泡時,附著空泡改變了航行體的濕表面積,同時空泡面的變形也會對流場產生影響。因此,帶空泡航行體的附加質量與全濕流中有很大不同,它不僅與航行體的外形有關,還受到其運動過程的影響。考慮到實驗測量的困難,對該問題開展數值計算方法研究具有重要意義。本文編寫了三維高階邊界元法程序,研究了帶空泡航行體剛體運動和彎曲振動的附加質量。主要包括以下內容:1)采用非均勻有理B樣條(NURBS)表達邊界曲面,用B樣條表達源(匯)強、偶極強等未知量,用三次多項式變換方法處理面元奇異積分,通過配置點法形成最終的代數方程組,建立了基于NURBS的高階邊界元法。通過計算全濕流中的附加質量驗證了方法和程序的可靠性。2)基于高階邊界元法計算了水下航行體的軸對稱定常空泡形態(tài)及流場。根據空泡獨立膨脹原理計算初始空泡外形,大幅減少了迭代步數。所得空泡形態(tài)與現有的實驗和數值計算結果吻合較好。在此基礎上,研究了航行體頭型錐角、空化數對定�？张菪螒B(tài)的影響。3)把Uhlman所建立的方法應用到帶局部空泡的航行體,在頻域中計算了其軸向平移、橫向平移和轉動的附加質量。研究了附加質量與振蕩頻率、空化數、航行體頭型錐角等的關系。從空泡自由面變形對流場的影響出發(fā),對附加質量與頻率的關系重新進行了解釋。4)將計算方法從剛體推廣到彈性體。采用有限元法計算航行體簡化模型的彎曲振動模態(tài)。利用推廣的邊界條件和表達式,研究了帶空泡航行體的各階彎曲振動模態(tài)、彎曲振動模態(tài)間耦合以及彎曲振動模態(tài)與剛體模態(tài)耦合的附加質量,為采用干模態(tài)法解決帶空泡航行體的流固耦合響應問題奠定了基礎。
[Abstract]:The additional mass is an important parameter to study the maneuverability and vibration characteristics of underwater vehicle. When there is a cavitation, the attached cavitation changes the wet surface area of the vehicle, and the deformation of the cavitation surface also affects the flow field. The additional mass of a vehicle with a cavitation is quite different from that in a full wet flow. It is not only related to the shape of the vehicle, but also affected by its motion. It is of great significance to study the numerical method for this problem. In this paper, the program of three dimensional high order boundary element method is written. The additional mass of rigid body motion and bending vibration of a sailing body with cavitation is studied. The main contents are as follows: 1) the boundary surface is expressed by using non-uniform rational B-spline (Nurbs), and the unknown quantities such as strong source (sink) and dipole strong are represented by B-spline. The cubic polynomial transformation method is used to deal with the singular integral of plane elements, and the final algebraic equations are formed by collocation point method. The high order boundary element method based on NURBS is established. The reliability of the method and program is verified by calculating the additional mass in the total wet flow. (2) based on the high order boundary element method, the axisymmetric steady cavitation and flow field of underwater vehicle are calculated. According to the principle of independent expansion of cavitation, the shape of initial cavitation is calculated. The number of iterative steps is greatly reduced. The resulting cavitation morphology is in good agreement with the existing experimental and numerical results. On this basis, the head cone angle of the vehicle is studied. The effect of cavitation number on the shape of steady cavitation. 3) the method established by Uhlman is applied to the navigation body with local cavitation. The additional mass of axial translation, lateral translation and rotation are calculated in the frequency domain, and the additional mass and oscillatory frequency are studied. The relationship between cavitation number, head cone angle, etc., based on the effect of the deformation flow field on the free surface of cavitation, The relation between additional mass and frequency is reinterpreted. (4) the calculation method is extended from rigid body to elastic body. Finite element method is used to calculate the bending vibration mode of simplified model of navigational body. The generalized boundary conditions and expressions are used. In this paper, the bending vibration modes, the coupling between the bending vibration modes and the coupling between the bending vibration modes and the rigid body modes of a vehicle with cavitation are studied, and the additional mass of the coupling between the bending vibration modes and rigid body modes is studied. It lays a foundation for solving the fluid-solid coupling response problem of the vehicle with cavitation by dry mode method.
【學位授予單位】：中國艦船研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TJ6;U661.1

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本文編號：1651050