三维锥体垂直自由入水全非线性数值模拟研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文三维锥体垂直自由入水全非线性数值模拟研究硕士研究生：韩千奇指导教师：胡健副教授学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造论文主审人：段文洋教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文三维锥体垂直自由入水全非线性数值模拟研究硕士研究生：韩千奇指导教师：胡健副教授学位级别：工学硕士学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADiss

2、ertationfortheDegreeofM.EngNumericalSimulationofwaterentryofa3DconeundertheConditionofverticallyFreeFallMotionCandidate:HanQianqiSupervisor:Prof.HuJianAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureDateofSubm

3、ission:Jan.,2018DateofOralExamination:Mar.,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期

4、：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工

5、程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日三维锥体垂直自由入水全非线性数值模拟研究摘要21世纪是海洋的世纪，开发海洋资源，争夺海洋空间将会成为世界各国关注的焦点，伴随着海洋开发新型船舶和海洋结构物的不断增多，结构物入水砰击问题的研究显得愈发重要。流体与海洋工程结构物发生砰击是常见的工程现象之一，砰击发生时，常常伴随着结构湿表面的剧烈变化，自由液面变形，流固耦合等强非线性运动，并诱导产生很大的砰击作用力，砰击力作用时间短暂但是峰值巨大，足以使结构在短时间内遭受破坏，或者多次持续的砰击会使结构产生疲劳损

6、伤直至破坏。所以在设计阶段能够准确的预报砰击过程中的一些重要的物理值的变化情况就显得尤为重要。本文的主要研究内容就是对锥体入水砰击过程进行模拟以及对过程中的参数变化进行追踪。本文采用三维全非线性不可压缩流体势流理论的方法来研究锥体自由落水砰击问题。文中建立的数学模型需要满足全非线性边界条件。模拟过程采用在时域中步进方法对边界条件进行更新。在圆锥体入水过程中，锥体的湿表面以极快的速度扩大，本文中采用了拉伸坐标系来解决这个问题，以保证计算域随时间逐渐变大，在计算的每一步，锥体的湿表面与采用的计算流体域以同样的速率增大，这样便于网格的布置和数据

7、的传递。在每个时间步中，采用边界单元法计算计算域表面的未知量。每隔一定的步数，就需要对自由液面上的网格进行重新划分以及必要的光顺处理，来保证网格质量的正确性。在每一个计算时间步内，采用改进欧拉法来进行自由液面的更新，确定新的自由液面的位置以及速度势的值。本文通过计算前人实验以及数值模拟经典案例，来验证所编写程序的正确性。在此基础上研究了在圆锥体自由落水过程中，重力项对于计算的影响，入水初速度对于圆锥体入水过程中的参数的影响，以及底升角对于圆锥体自由落水运动参数的影响，椭锥体的特征底升角对于椭锥体自由落水运动的影响，对椭锥体入水过程进行了数

8、值模拟，并对数值模拟结果进行了详细地分析与研究。关键词：自由落水；三维全非线性；重力项；入水初速度；底升角；I三维锥体垂直自由入水全非线性数值模拟研究II三维锥体垂直自由入水全非线性数值模拟研