文档介绍：天津大学
硕士学位论文
基于SPH法的舱内液体晃荡的数值模拟
姓名:高伟
申请学位级别:硕士
专业:船舶与海洋结构物设计制造
指导教师:郭振邦;李大鸣
20090601
中文摘要关键词:ǎ灰禾寤蔚矗皇的D猓蛔杂杀砻妫欢匦稳萜鳎环赖锤舭面追踪的准确性,且完全不需要网格,免去了网格生成的麻烦,更避免了网格扭随着海上液化天然气开采和运输的发展,战ス惴旱耐度肷杓坪褪用中,由于是载液船舶,对其晃荡问题的研究也变得非常重要,成为船舶力学研究热点课题。液体在有限域内由自由表面的波动所引起的整个液体的运动称为晃荡。晃荡现象分为自由晃荡和强迫晃荡。液体晃荡的最大特点是存在可自由移动的自由表面。本文运用了一种较新的纯拉格朗日方法对液体晃荡进行数值模拟,该方法称为光滑粒子流体动力学法,简称8梅椒ㄊ粲谖尥穹ǖ囊恢郑耆扌瓒流场进行网格划分,而是将微分方程离散到一系列相互独立的流体质点上,通过解线性方程组求得数值解。由于其粒子特征,椒ň哂忻飨缘挠诺悖憾流项直接通过粒子运动来模拟,完全消除自由界面上的数值发散,保证了自由液曲与网格重构问题,能够十分方便地模拟具有自由液面大变形的流动问题。本文详细论述了ɑ舅枷搿⒑捌涞际腟积分表示方法,以及函数的W咏疲闪魈宥ρУ幕痉匠探⒘薙法基本方程;对核函数、支持域与影响域等基本概念进行了分析。建立了二维水动力数值模型,自由表面不施加条件,固边界采用固定壁粒子、镜像粒子,压力采用状态方程计算。文中以二维矩形容器为例,采用ǘ远翰漳谝禾宓次侍饨辛耸模拟,分别得到了不同液深情况下采用不同振幅、不同周期外激励加载时的粒子分布、压强分布以及流场图,并绘制了不同位置的液面波动曲线,与试验结果进行对比分析后,验证了此法处理晃荡问题的可行性。另外,对加设防荡隔板的容器内晃荡问题进行了模拟,证明了该措施可以有效较小晃荡的强度。
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⋯一虢喜⋯期:呷年岁月‰岛书导师签名:专徼签字隰劢刁年石月功独创性声明学位论文版权使用授权书签字同期:≯甲夕年虏或撰写过的研究成果,、使用学位论文的舭。特授权叁鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行拎书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄋ得作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:,
第一章绪论晃荡问题简介晃荡是指两种或两种以上互不相溶流体话闶且禾逵肫在有限空间内的运动,其最大特点是存在可自由移动的自由表面。在自由表面上,物理量会发生间断或不连续的变化。晃荡现象依波面运动特征可以分为:驻波、进行波、水跃、破波及相应这几种组合的流体运动。以舱内液体的横摇运动为例,如果装载的液体深度不同,那么会引起不同的运动形式。如果是低液位,且横摇周期偏离共振周期,则出现驻波:若横摇周期与共振周期相近,则会发生水跃;当频率进一步提高,就出现类似孤立波的进行波。随后液位进一步提高,达到高液位,且共振频率接近摇荡频率时,就成了非对称驻波。如果船舶作回转运动,且与共振周期接近,液体就会在舱内出现漩涡流现象。晃荡可以分为受迫晃荡和自由晃荡,受迫晃荡是由于外力引起容器运动而发生的,其表现形式与外激励频率以及容器的几何特征密切相关。通常当激励频率接近液体在容器内晃荡的固有频率时,液体运动会很剧烈,容器项板何唤细时推鞅谝3惺芎艽蟮某寤髁Γ蝗萜髟酱笤匾涸蕉啵逃衅德试降停赡苁艿的晃荡冲击就越厉害。晃荡是非常复杂的流体运动现象,它具有很强的非线性和随机性特征。即使在很小的外部激励作用下也可能发生较激烈的液体晃荡,而且对液舱周界结构产生很大的冲击载荷,所以在进行这类液舱结构设计时,要充分考虑液体晃荡带来的影响。另外晃荡载荷还具有离散性和饱和性。晃荡产生的动压力可分成两种类型,脉冲压力和非脉冲压力。脉冲压力是液体拍击固体表面的快压力脉冲,一般是持续时间很短的局部高压;非脉冲压力是常见的缓变动压力。这两种力往往不是孤立的,而是耦合在一起的,所以砰击力不能确切预知,其大小用一定概率分布描述,这就是所谓离散性。而且砰击力并不总是随激励而增加,激励达到一定程度时抨击力就不再增加,存在饱和现象,这在不规则运动的激励下更为明显,此即为饱和性。矩形或棱形容器的晃荡常被处理成二维流动,而球或圆柱中的则常被当成三维流动。本文就以矩形容器为例,运用椒ǘ约蛐臣だ碌囊禾寤蔚