本文關(guān)鍵詞：FPSO在波浪中的運動響應(yīng)的時域模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：浮式海洋平臺作業(yè)時大多需要長期系泊于固定海域，遇到風(fēng)暴亦不能避航。因此在設(shè)計和建造之初能否準(zhǔn)確的預(yù)報特定海況下船波相互作用對其安全操作至關(guān)重要。因為計算條件的限制，以往的研究以及工程應(yīng)用中廣泛采用頻域勢流理論，近期，時域直接模擬技術(shù)越來越多的受到關(guān)注。本文以FPSO為研究對象，對船體在波浪中的運動響應(yīng)進行了直接時域模擬，并且通過計算討論了甲板上浪載荷對船體運動的影響。 數(shù)值模擬采用高階面元，相比于普通面元法，高階元能夠更好的處理具有復(fù)雜表面的形體，尤其是表面曲率變化較大時。論文研究了高階面元法的具體實現(xiàn)，以及在采用三維勢流理論方法求解邊值問題過程中，格林函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)積分奇異性的消除方法，計算分別采用三角坐標(biāo)變換和施加均勻位勢�；贔ortran語言開發(fā)了4節(jié)點和9節(jié)點的高階元程序，計算分析了定常流與物體的水動力作用，驗證了程序計算的準(zhǔn)確性。 在此基礎(chǔ)上，依據(jù)三維線性勢流理論，論文研究了求解時域無航速線性船波作用問題的基本控制方程和計算流程，編寫了基于Rankine源法的時域數(shù)值模擬程序。對于Rankine源求解時的輻射條件問題，通過采用增加阻尼層的辦法來處理，此外，，對計算域中的角點部分通過分布重節(jié)點來處理。最后，通過對規(guī)則圓柱和實船在波浪中運動的計算分析以及結(jié)果對比驗證了程序求解的準(zhǔn)確性。 采用該程序進一步在考慮甲板上浪載荷的情況下對FPSO在波浪中的運動進行數(shù)值模擬。其中甲板上浪流動的計算采用淺水理論近似，通過與相關(guān)試驗結(jié)果對比討論了淺水理論的適用性以及局限性。得到上浪高度后根據(jù)牛頓定理計算上浪載荷，并將其施加于船體運動方程以考察耦合情況下船體運動結(jié)果，并與不考慮上浪載荷的結(jié)果進行對比討論。 采用Rankine源、高階面元和時域模擬等計算方式相比于以往的自由面-格林函數(shù)法、普通面元離散以及頻域理論，計算量大幅增加。為提高計算效率，論文將求解大型線性方程組的GMRES(m)算法引入程序求解邊界積分方程，對比了該算法和普通Gauss求解器的計算效率，并且討論了不同m值下迭代計算的收斂速度。此外，論文還基于Open MP將部分程序并行化，通過測試考察了加速效率。這兩部分優(yōu)化均提升了求解船波相互作用的時域直接模擬程序的實用性。
【關(guān)鍵詞】：FPSO運動 時域模擬 Rankine源 高階面元法 甲板上浪
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：U661.32
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 研究的目的和意義10-12
• 1.2 船舶波浪載荷和運動研究12-18
• 1.2.1 二維切片理論12-13
• 1.2.2 三維勢流理論13-17
• 1.2.3 高階面元法離散17-18
• 1.2.4 工程軟件18
• 1.3 甲板上浪研究綜述18-22
• 1.3.1 淺水理論描述甲板上流體運動19-20
• 1.3.2 非線性邊界元法描述初始條件20
• 1.3.3 CFD 方法模擬甲板上浪20-22
• 1.4 本文研究內(nèi)容22-23
• 第2章 高階面元法的數(shù)值實現(xiàn)23-37
• 2.1 高階面元法基本原理23-25
• 2.2 邊界積分方程及其離散25-26
• 2.3 積分奇異性處理26-28
• 2.3.1 G 積分奇異性去除和固角系數(shù)計算26-27
• 2.3.2 G 積分奇異性去除27-28
• 2.4 程序流程28-31
• 2.5 算例驗證31-36
• 2.5.1 三維球體的定常繞流問題32-35
• 2.5.2 Wigley 船線性興波計算35-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第3章 船舶在波浪運動的時域模擬37-66
• 3.1 控制方程與擾動勢求解37-41
• 3.1.1 坐標(biāo)系定義37-38
• 3.1.2 入射波描述38
• 3.1.3 擾動勢求解38-40
• 3.1.4 物面與自由面交線處理40-41
• 3.2 船體運動求解41-45
• 3.2.1 運動方程建立41-42
• 3.2.2 時域求解數(shù)值方法42-44
• 3.2.3 程序流程44-45
• 3.3 程序加速優(yōu)化45-51
• 3.3.1 應(yīng)用重啟動的 GMRES(m)方法求解積分方程45-48
• 3.3.2 基于 Open MP 構(gòu)造并行程序48-51
• 3.4 算例分析51-65
• 3.4.1 固定圓柱波浪繞射52-56
• 3.4.2 截斷圓柱輻射問題56-58
• 3.4.3 自由漂浮圓柱運動58-60
• 3.4.4 波浪中船體運動60-65
• 3.5 本章小結(jié)65-66
• 第4章 考慮甲板上浪載荷的 FPSO 運動預(yù)報66-80
• 4.1 淺水理論模擬甲板上浪流動66-73
• 4.1.1 潰壩模型66-68
• 4.1.2 洪水波模型68-71
• 4.1.3 算例計算71-73
• 4.2 甲板上浪載荷的理論計算73-74
• 4.2.1 甲板上浪發(fā)生條件73
• 4.2.2 甲板上浪載荷73-74
• 4.3 波浪中船體運動和甲板上浪聯(lián)合預(yù)報74-78
• 4.3.1 上浪發(fā)生對應(yīng)頻率74-76
• 4.3.2 甲板上浪載荷76-77
• 4.3.3 船體運動響應(yīng)77-78
• 4.4 本章小結(jié)78-80
• 結(jié)論80-82
• 參考文獻82-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文89-91
• 致謝91

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1 記者 張Z

本文編號：400623