船舶有航速时三维时域格林函数计算方法研究

船舶工业CAE软件势流求解器的开发对势流计算方法的可靠性提出要求,本文针对船舶有航速时深水三维时域格林函数计算方法开展研究。首先引入三维时域自由面格林函数,其瞬时项的求解采用Hess&Smith方法,自由面记忆项的求解采用美国密歇根大学Beck团队的方法。其次,分区域推导出三维时域自由面格林函数记忆项及其导数的编程所用的数学展开表达式。然后,采用间接法模型求解分布源强和速度势,并采用压力直接积分法求出时域辐射力。最后,针对Wigley I船型开展了辐射力计算,并与公开的试验及计算结果进行对比,验证本文方法的可靠性。

三维时域自由面格林函数法的时域绕射力计算研究

船舶工业CAE软件势流求解器的开发对势流计算方法的可靠性提出要求,本文针对三维时域面元法开展绕射力计算研究。首先引入三维时域自由面格林函数,其瞬时项的求解采用Hess&Smith方法,记忆项的求解采用Beck团队的方法;其次,推导出全浪向绕射力脉冲函数法编程所用的数学表达式;然后,采用分布源模型求解源强和速度势,并采用压力直接积分法求出时域绕射力;最后,针对Wigley I船型开展绕射力和FK力计算,并与公开的试验和计算结果进行对比,验证本文方法的可靠性。本文方法和代码可用于船舶工业CAE软件势流求解器和波浪中船舶非线性失稳运动预报。

瞬变电磁场时域格林函数解

近源时间域电磁场具有信号强、探测深度大、精度高等优点,但传统勘探电磁场理论中偶极子近似在近源会引起较大误差,导致这一优势的发挥受到了制约.开展直接时间域电磁场解析式研究,是解决这一问题的途径之一.本文提出在点电荷微元假设下,引入时域格林函数,求取瞬变电磁场时间域解析解.采用积分运算法,把电磁场阻尼波动方程的求解问题转化为求其格林函数积分形式解的问题;建立辅助路径解决奇点问题,利用复分析中的约当引理、留数定理和广义函数等理论和方法,推导计算出时间域格林函数的时空四重广义积分.得到达朗贝尔方程的直接时域格林函数精确解析式,与传统方法"比拟"出的公式具有相同的形式,验证了本文推导的时域格林函数解析公式的正确性;推导出扩散方程的直接时间域解析解.通过与时变点电荷源时间域的电磁响应近似表达式进行对比,得出本文所推导的公式计算精度较高的结论;建立了全空间回线源瞬变电磁场问题的直接时间域求解公式.为解决全场区瞬变电磁场精细探测直接时域解析问题提供了基础理论.

深水时域格林函数的实用数值计算

如何精确而又快速地计算时域格林函数及其导数是求解船舶水动力问题的关键。论文基于Bessel函数的性质推导了深水格林函数及其导数所满足的常微分方程,提出了结合求解常微分方程的节点制表、节点间插值的快速计算格林函数的方法。数值计算表明该计算方法克服前人节点制表节点间插值计算方法的缺点,提高了格林函数的计算效率和数值精度。

波浪中浮体运动的时域混合格林函数法

基于混合格林函数法,对浮体在波浪中的运动进行了时域模拟.通过假想的直壁控制面将流场分割成内域和外域,分别引入Rankine源和自由面格林函数并结合控制面上的连续条件,对初边值问题进行求解.利用开发的数值计算程序对圆柱形平台和S175船进行了计算分析,给出了时延函数、波浪力幅值和运动响应结果,通过与频域方法和试验数据对比,证明该方法对零航速和有航速水动力问题均适用,能有效解决外飘船型的数值发散问题,且具有更高的计算效率.

应用时域格林函数方法模拟有限水深中波浪对结构物的作用

该文采用时域内满足自由水面条件的格林函数方法对无限和有限水深中波浪与任意形状三维物体相互作用所产生的绕射和辐射问题进行了理论研究和数值计算。建立了不包含自由水面积分的积分方程,消除了自由项系数。文中计算了各种形状三维物体在无限水深和有限水深情况下所受到的绕射和辐射波浪力,并与解析解以及频域理论进行了对比,结果符合良好,验证了本文所提理论的正确性。

时域有限水深格林函数及其导数的数值计算

精确快速地求取有限水深格林函数及它的导数是应用时域法求解有限水深水动力学问题的关键。通过对有限水深格林函数在不同区域渐近特性的分析,给出了使用多维Chebyshev多项式和渐近展开式快速近似计算有限水深格林函数及它的导数的方法。近似方法与直接积分方法的比较表明近似方法的计算工作量大幅减少,可以给出足够精度的计算结果。

一种三维时域格林函数计算方法

如何高效地计算出三维时域格林函数是线性时域方法能否有效地求解船舶水动力问题的关键。本文在前人工作的基础上,采用了一种半解析的数值求积方法,对三维时域格林函数及其导数作了计算,这种方法十分有效,计算结果令人满意。

基于时域格林函数的有航速船舶与波浪相互作用的数值模拟

基于深水时域格林函数的数值处理方法及开发的计算程序,采用三维时域数值模拟方法,在线性势流理论框架内对深海波浪中航行船舶的辐射问题和绕射问题进行了求解,研究探讨了航行船舶与波浪相互作用问题。研究中对不同航行速度的Wigley型船水动力系数和波浪力进行了数值计算,通过与试验及文献计算结果的比较,验证了三维时域数值计算程序的有效性。

时域有限水深格林函数的多项式展开计算方法

本文研究了时域内有限水深格林函数的数值计算问题,旨在建立一种格林函数的快速算法,可应用于边界元方法的实际计算中。该方法由多维多项式近似代替积分形式的直接数值计算。文中将格林函数值及其导数值与对应的近似多项式计算值进行了比较,当取得合适的截断项时,两者符合较好。

一个基于并行时域Diakoptics的离散格林函数的新算法

本文介绍一个计算系统离散格林函数的新方法———并行时域 Ｄｉａｋｏｐｔｉｃｓ 法．将一个复杂系统分解为若干个较为简单的子域，用有限时域差分法（ Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ ： Ｆ Ｄ Ｔ Ｄ） 计算各子域的时域响应，用并行射域 Ｄｉａｋｏｐｔｉｃｓ 计算任意彼此相邻的两个子域间的电磁耦合，并最终得到整个系统的离散格林函数．与传统的模式匹配法（ Ｍｏｄｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ） 和有限时域差分法（ Ｆ Ｄ Ｔ Ｄ） 比较，本方法可处理几何结构更为复杂的问题。

理想导电劈的时域并矢格林函数和时域特性

本文采用本征矢量函数展开(Ohm—Rayleigh)法和Laplace变换导出了理想导电劈的时域并矢格林函数,并系统地分析了它的时域特性。得到了一些结论,完善了C.T.Tai(1973)的理论,为进一步分析劈的时域性质(如时域RCS)

基于精细时程积分方法的时域格林函数计算(英文)

文章提出了一种精确计算三维时域格林函数记忆项本身及其导数的方法。基于精细时程方法求解时域格林函数及其导数所满足的定常非齐次常微分方程组,得到时域格林函数数值解。文中通过与解析方法和其他方法的比较,验证了该方法的精确性、稳定性和高效性。

格林函数在时域声学正反散射问题中的应用

格林函数在时域声学正反散射问题的分析和求解中应用广泛,其性质研究对求解各类正反散射问题有重要意义.在时域声学点源反演问题中,正问题解的表示包含波动算子格林函数和信号函数的卷积,在此基础上可以构造求解反问题的修正基本解方法和抽样法;在时域声学点状散射体反演问题中,正问题的解可以用格林函数近似表示,进而可以构造抽样法反演散射体的位置.

基于三维时域格林函数高阶面元法的船体运动计算

针对波浪中航行船体的运动问题,基于三维时域自由面格林函数并采用高阶面元离散,编程计算了浮体的运动响应.采用自由面格林函数,只需在船体湿表面布源,减少系数矩阵维度,避开自由面网格划分;同时高阶面元法(HOBEM)在计算速度势空间分布时能够提高精度.本文通过计算Wigley-Ⅲ型船在波浪中有航速前行时的运动,与实验进行对比,发现结果符合较好,证明这种方法的有效性.

时域自由面格林函数改进精细积分算法研究

文章将时域格林函数及其导数所满足的常微分方程变换为标准形式的线性时变系统。通过对线性时变系统进行维数扩展,并引进新的参变量,将其转化为单位区间内的线性时不变系统。其次,引进精细时程积分算法,对该时不变系统进行精细积分求解,从而对时域格林函数及其导数进行精确数值计算。最后,提出了一种基于九节点有限元形函数的制表插值策略,并利用该插值方法对零航速浮体在时域中的瞬时运动波浪力进行数值模拟,数值解与解析解符合良好,验证了该方法的精确性、稳定性和高效性。

基于移动脉动源格林函数的小水线面双体船耐波性时域计算方法研究

为在时域内研究小水线面双体船的运动,基于三维移动脉动源格林函数求解水动力系数,通过频时域转换法求解时延函数,并计入2片体间的水动力干扰、粘性和稳定鳍的影响,建立了SWATH耐波性时域线性计算方法。比较了在平动坐标系和随动坐标系下求解船体运动方程对运动计算结果的影响,并与频域计算结果和试验结果进行了对比。结果表明:在重心随动坐标系下求解船体运动方程,能够得到更准确的运动计算结果。采用频时域转换法求解时延函数快速高效,在此基础上建立的小水线面双体船耐波性时域线性计算方法能够获得与频域计算结果和试验结果吻合良好的结果。

基于垂向积分形式时域格林函数的多域高阶面元法及其在船舶波阻增加计算中的应用

基于三维时域势流理论,提出基于垂向积分形式的时域格林函数的多域高阶面元法,计算船舶在波浪中的运动响应和阻力增加。在外域采用时域自由面格林函数法,将控制面时域格林函数面元积分分解为垂向积分和水平积分,推导了垂向积分形式核函数新的表达式,对水平积分采用数值离散方法,提高了计算效率和收敛性。在内域采用满足非线性自由面条件的Rankine面元法。通过内外域耦合求解得到扰动速度势及流体动压力。由时域运动方程解得船体运动响应,并采用近场压力积分法求得二阶力。针对数学船型WigleyⅢ,计算不同航速下的运动相应及波阻增加,并与试验及其他方法对比,验证当前方法的准确性和可靠性。针对实际船型S175,计算其在规则波/不规则波中航行时的波阻增加,并与试验及其他方法对比,验证当前方法在精度、稳定性和效率方面的优势。

基于时域格林函数的有航速船舶与波浪相互作用的数值模拟

基于深水时域格林函数的数值处理方法及开发的计算程序,采用三维时域数值模拟方法,在线性势流理论框架内对深海波浪中航行船舶的辐射问题和绕射问题进行了求解,研究探讨了航行船舶与波浪相互作用问题。研究中对不同航行速度的Wigley型船水动力系数和波浪力进行了数值计算,通过与试验及文献计算结果的比较,验证了三维时域数值计算程序的有效性。

二维时域格林函数的数值计算

本文研究了船舶水动力学问题中二维时域格林函数及其偏导数的算法，并将其表达为与两个基本函数有关的形式，提出了一种快速求取这些函数值的造表插值方法。对于线元上常数源强分布数值模型，发现格林函数偏导数沿线元的积分也可表达为关于上述两个基本函数的解析形式。