hydrostar对半球体在波浪中的运动分析
摘 要摘 要HydroSTAR是一个由法国BV船级社研发的水动力计算软件，它可以计算在波浪中的运动、线性载荷和二阶波浪力。本课题主要研究的是基于HydroSTAR软件对于半球体在波浪中的运动及分析。课题需要熟悉HydroSTAR软件、波浪理论和势流理论，并且要学会如何建立合适的网格模型。在频域内，使用HydroSTAR软件计算得到最后的RAO曲线，并且分别使用近场法，中场法和远场法得到最后的二阶波浪力。通过比较不同水深条件，不同模型质量条件下的结果，分析水深条件和质量条件对半球体的水动力性能的影响。实际上，船舶水动力的计算步骤与本课题模拟实施半球体水动力计算的步骤非常相似，本文通过现有模型的水动力计算实施步骤，可以为毕业后走上工作岗位继续使用HydroSTAR软件分析船舶与海洋工程结构物的水动力性能及类似问题的研究打下坚实的基础。关键词：HydroSTAR；水动力计算；波浪；运动分析。目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的研究背景 1
1.2 相关领域的国内外现状和发展 1
1.3 本课题主要研究内容 3
第二章 水动力的基本计算原理与方法 4
2.1 概述 4
2.2 势流理论 4
2.2.1 求解非定常扰动的速度势 4
2.2.2 多体水动力干扰的问题的数学分析 9
2.3 波浪理论 12
2.3.1 船舶水动力以及运动响应 12
第三章 HYDROSTAR软件简介 16
3.1 HYDROSTAR总体情况介绍 16
3.2 HYDROSTAR的基本操作流程 18
3.2.1 准备开始 18
3.2.2 概述 18
3.2.3 网格生成 19
3.2.4 阅读网格 19
3.2.5 绕射辐射计算 19
3.2.6 运动计算 20
3.2.7 全球波影响计算 20
3.2.8 波浪可视化 20
3.2.9 压力和波高计算 20
3.2.10 二阶计算 20
3.2.11 建设转移功能 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
.2.3 网格生成 19
3.2.4 阅读网格 19
3.2.5 绕射辐射计算 19
3.2.6 运动计算 20
3.2.7 全球波影响计算 20
3.2.8 波浪可视化 20
3.2.9 压力和波高计算 20
3.2.10 二阶计算 20
3.2.11 建设转移功能 21
第四章 半球体在波浪中的运动分析 23
4.1 HYDROSTAR软件算例实现过程 23
4.2 半球浅水问题的运动分析 38
4.3 半球仅在绕射下的运动分析 38
4.4 计算数据的处理与分析 38
结论 38
致谢 38
参考文献 38
第一章 绪论
课题的研究背景
近代以来，世界各国开发海洋资源的速度越来越快，围绕海洋工业发展的崛起速度也越来越迅速，到目前为止，已经形成了超过20种产业的产业群围绕着海洋资源的开发利用。美国、日本、英国、法国等欧美发达国家，都为了海洋工程的发展煞费苦心，也把海洋经济的发展定位为国家发展的重中之重，从近、浅海开发渐渐发展到深海的开发，制定国家战略规划，向着深海资源的开发利用进军。
伴随着各国发展的需要，能源扮演的是社会发展的必需品，其消耗量与日俱增，陆地上的资源日益枯竭，世界各国便将视线转移到广阔的海洋上。海底矿藏资源和能源的储备量非常巨大，所以开发海洋资源成了世界各国争相解决的问题。当波浪从远处传来的时候，因为浮体之间的兴波干扰，多个浮体之间就会对其他的浮体产生干扰作用。这样可能会造成一系列不良的后果，甚至会产生多个浮体与其他的浮体发生碰撞，这样就会使整个系统安全性下降。所以，在设计前期的水动力分析在日常开发工作中的重要性被进一步提升。实际上，海洋工程与技术开发的关键，首先就是准确的计算单个或多个浮体耦合的运动响应 [1]。由于波浪是海洋环境的基本组成部分，一直以来国内外的专家和研究学者对待波浪的研究在持续着，并且发展出了船舶与海洋工程结构物的耐波性、操纵性、阻力等各式各样的性能研究。人们基于数学建模的方法和计算机的投入使用，使得预报和估计的准确性在进一步提高。如今人类在不断开发利用海洋的时候，水动力计算已经成了一样必备的分析手段。船舶与海洋工程制造业一直在发展，许多新型的运载器都被设计制造了出来，来进行新一轮的资源开发和运输等功能[2]。
相关领域的国内外现状和发展
国内外已经有很多研究水动力干扰的项目，不过对于体积差较大的若干个浮体之间的水动力研究还比较少见。这时候，通常大物体对小物体的影响会远远比小物体对大物体的影响大得多。当然对于浮体作用的大不相同，运动中大的物体会对周围小的物体的水动力性能产生重大影响。物体之间的相对位置、物体的环境条件、水动力性能参数都是水动力干扰的影响因素。研究时，需要把各项参数的影响作用都分开，逐项分析某一种因素的变化对于水动力干扰作用的影响规律，最后把之前计算的这些因素叠加起来，得出你所需要计算的条件之下，所有影响因素的综合结果。选择因素要选择位置不能太远，波浪的频率不能太大的情况，要不然不仅会得到毫无用处的结论，还会消耗很多的资源。
高速细长体理论（当中会用到二维半理论）在后来的研究中出现了，在有航速的条件下，需考虑细长船体的特性以及自由面条件，通过这个方法去计算水动力特性有非常好的效果，于是国内外有很多相类似的研究项目。可是这种方法忽略了对于横向波浪的影响，所以对于低Floude数的情况并不是很准确。
有了现代科技的进步，计算机技术在最近几十年的发展突飞猛进，其性能已经与之前的旧时代的机器不可同日而语。借着计算机科技的发展，三维水动力理论利用计算机的计算更加的方便快捷而且准确，从此人们对于这种方法更加偏爱。流动的三维效应和自由面的边界条件的航速效应都可以由三维方法去解释。去解决三维方面问题的时候，这种方法会比切片法的计算结果更准确。时域频域的方法也是一种，分布偶极、分布源、混合分布模型都可以去用在计算水动力中的绕射问题和辐射问题上。水面交线的线积分和源强沿着湿表面的面积分两者的加和就是用格林公式表达的速度势的结果，两者都可以满足原先的条件。格林函数的建立，解决了波浪载荷的问题。流体动力学问题的处理方式经过近年来的研究更加的趋于完善，对于解决近海工程结构物，船舶与海洋工程结构物，海洋平台等方面的问题有了更加深远的影响
在国内，谢楠等和邓凯等利用波浪理论和势流理论去解决补给舰的运动结果以及水动力性能问题；运用切片理论考虑了并排的两艘船舶运动互相干扰的问题由陆冬青等解决；运用时域频域的混合法处理多个运动浮体互相干扰的问题由陈徐均等解决；实验预报耦合运动中多浮体的表现问题由向旭等解决；波浪中水动力计算动力学相关的问题由沈庆等解决；两个并排浮体之间的干扰问题由陈广荣等解决。然而，非常多的研究人员都在研究与多浮体的稳态相关的问题。截至日前，国内外的研究学者对一个浮体影响另一个浮体的问题
第一章 绪论 1
1.1 课题的研究背景 1
1.2 相关领域的国内外现状和发展 1
1.3 本课题主要研究内容 3
第二章 水动力的基本计算原理与方法 4
2.1 概述 4
2.2 势流理论 4
2.2.1 求解非定常扰动的速度势 4
2.2.2 多体水动力干扰的问题的数学分析 9
2.3 波浪理论 12
2.3.1 船舶水动力以及运动响应 12
第三章 HYDROSTAR软件简介 16
3.1 HYDROSTAR总体情况介绍 16
3.2 HYDROSTAR的基本操作流程 18
3.2.1 准备开始 18
3.2.2 概述 18
3.2.3 网格生成 19
3.2.4 阅读网格 19
3.2.5 绕射辐射计算 19
3.2.6 运动计算 20
3.2.7 全球波影响计算 20
3.2.8 波浪可视化 20
3.2.9 压力和波高计算 20
3.2.10 二阶计算 20
3.2.11 建设转移功能 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
.2.3 网格生成 19
3.2.4 阅读网格 19
3.2.5 绕射辐射计算 19
3.2.6 运动计算 20
3.2.7 全球波影响计算 20
3.2.8 波浪可视化 20
3.2.9 压力和波高计算 20
3.2.10 二阶计算 20
3.2.11 建设转移功能 21
第四章 半球体在波浪中的运动分析 23
4.1 HYDROSTAR软件算例实现过程 23
4.2 半球浅水问题的运动分析 38
4.3 半球仅在绕射下的运动分析 38
4.4 计算数据的处理与分析 38
结论 38
致谢 38
参考文献 38
第一章 绪论
课题的研究背景
近代以来，世界各国开发海洋资源的速度越来越快，围绕海洋工业发展的崛起速度也越来越迅速，到目前为止，已经形成了超过20种产业的产业群围绕着海洋资源的开发利用。美国、日本、英国、法国等欧美发达国家，都为了海洋工程的发展煞费苦心，也把海洋经济的发展定位为国家发展的重中之重，从近、浅海开发渐渐发展到深海的开发，制定国家战略规划，向着深海资源的开发利用进军。
伴随着各国发展的需要，能源扮演的是社会发展的必需品，其消耗量与日俱增，陆地上的资源日益枯竭，世界各国便将视线转移到广阔的海洋上。海底矿藏资源和能源的储备量非常巨大，所以开发海洋资源成了世界各国争相解决的问题。当波浪从远处传来的时候，因为浮体之间的兴波干扰，多个浮体之间就会对其他的浮体产生干扰作用。这样可能会造成一系列不良的后果，甚至会产生多个浮体与其他的浮体发生碰撞，这样就会使整个系统安全性下降。所以，在设计前期的水动力分析在日常开发工作中的重要性被进一步提升。实际上，海洋工程与技术开发的关键，首先就是准确的计算单个或多个浮体耦合的运动响应 [1]。由于波浪是海洋环境的基本组成部分，一直以来国内外的专家和研究学者对待波浪的研究在持续着，并且发展出了船舶与海洋工程结构物的耐波性、操纵性、阻力等各式各样的性能研究。人们基于数学建模的方法和计算机的投入使用，使得预报和估计的准确性在进一步提高。如今人类在不断开发利用海洋的时候，水动力计算已经成了一样必备的分析手段。船舶与海洋工程制造业一直在发展，许多新型的运载器都被设计制造了出来，来进行新一轮的资源开发和运输等功能[2]。
相关领域的国内外现状和发展
国内外已经有很多研究水动力干扰的项目，不过对于体积差较大的若干个浮体之间的水动力研究还比较少见。这时候，通常大物体对小物体的影响会远远比小物体对大物体的影响大得多。当然对于浮体作用的大不相同，运动中大的物体会对周围小的物体的水动力性能产生重大影响。物体之间的相对位置、物体的环境条件、水动力性能参数都是水动力干扰的影响因素。研究时，需要把各项参数的影响作用都分开，逐项分析某一种因素的变化对于水动力干扰作用的影响规律，最后把之前计算的这些因素叠加起来，得出你所需要计算的条件之下，所有影响因素的综合结果。选择因素要选择位置不能太远，波浪的频率不能太大的情况，要不然不仅会得到毫无用处的结论，还会消耗很多的资源。
高速细长体理论（当中会用到二维半理论）在后来的研究中出现了，在有航速的条件下，需考虑细长船体的特性以及自由面条件，通过这个方法去计算水动力特性有非常好的效果，于是国内外有很多相类似的研究项目。可是这种方法忽略了对于横向波浪的影响，所以对于低Floude数的情况并不是很准确。
有了现代科技的进步，计算机技术在最近几十年的发展突飞猛进，其性能已经与之前的旧时代的机器不可同日而语。借着计算机科技的发展，三维水动力理论利用计算机的计算更加的方便快捷而且准确，从此人们对于这种方法更加偏爱。流动的三维效应和自由面的边界条件的航速效应都可以由三维方法去解释。去解决三维方面问题的时候，这种方法会比切片法的计算结果更准确。时域频域的方法也是一种，分布偶极、分布源、混合分布模型都可以去用在计算水动力中的绕射问题和辐射问题上。水面交线的线积分和源强沿着湿表面的面积分两者的加和就是用格林公式表达的速度势的结果，两者都可以满足原先的条件。格林函数的建立，解决了波浪载荷的问题。流体动力学问题的处理方式经过近年来的研究更加的趋于完善，对于解决近海工程结构物，船舶与海洋工程结构物，海洋平台等方面的问题有了更加深远的影响
在国内，谢楠等和邓凯等利用波浪理论和势流理论去解决补给舰的运动结果以及水动力性能问题；运用切片理论考虑了并排的两艘船舶运动互相干扰的问题由陆冬青等解决；运用时域频域的混合法处理多个运动浮体互相干扰的问题由陈徐均等解决；实验预报耦合运动中多浮体的表现问题由向旭等解决；波浪中水动力计算动力学相关的问题由沈庆等解决；两个并排浮体之间的干扰问题由陈广荣等解决。然而，非常多的研究人员都在研究与多浮体的稳态相关的问题。截至日前，国内外的研究学者对一个浮体影响另一个浮体的问题
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