[发明专利]一种波浪作用下浮体的水动力响应的测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种波浪作用下浮体的水动力响应的测量方法及系统，方法包括：建立浮体几何模型，确定计算域；对边界进行网格划分，储存网格的节点信息；建立边界积分方程和刚体运动方程；求解初始时刻的边界积分方程和刚体运动方程，得到初始时刻固体边界上各个节点的速度势、自由水面边界上各个节点的速度势导数、浮体上的波浪力以及浮体运动的位移、速度和加速度；根据计算得到的初始时刻各个节点的参数，计算得到下一时刻固体边界上各个节点的速度势、自由水面边界上各个节点的速度势导数、浮体上的波浪力以及浮体运动的位移、速度和加速度。本发明解决了现有方法中对波浪与结构物相互作用过程中的非线性考虑不足的问题，提高了计算精度。

技术领域

本发明属于海洋水动力学技术领域，特别涉及一种波浪作用下浮体的水动力响应的测量方法及系统。

背景技术

对于深海油气资源的开发，安全、合理、经济地设计及建造海洋结构物是十分重要的，而准确地预报环境荷载，尤其是波浪荷载，是保证海洋结构物安全设计和可靠运营的首要前提。从1954～1982年的28年间，全世界就有36座石油钻井平台因遭狂风恶浪的袭击而翻沉。在海洋上由于狂风恶浪引起的海难，至今仍占世界上海难总数的60％以上。实际的海洋环境是十分复杂和恶劣的，随着海洋开发的日益发展，面临的海洋工作环境日益恶劣，要面对的波浪的非线性效应更加显著。

当流场中存在结构物时，结构物自身的运动特性、弹性变形及其与流体或相邻部件(如系泊系统)间的运动耦合也是导致非线性的重要因素。传统的分析方法都是在假定波浪非线性较小的基础上进行的，这样必然导致计算失效或计算精度不够。利用摄动展开法将波浪近似成线性、二阶甚至三阶来处理的方法，计算得到的波浪荷载已越来越不能满足当今海岸工程和海洋工程领域的精度要求。随着数值测量方法的发展和电子计算机技术的突飞猛进，许多复杂的水波问题的研究已成为可能，但大部分的研究仍局限于非线性较小的水波问题，因此研究非线性波浪与结构物的相互作用机理，建立完全非线性波浪与三维结构物的相互作用数值计算模型对海岸工程和海洋工程结构物设计有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种波浪作用下浮体的水动力响应的测量方法及系统，实现测量在非线性波浪下，浮体受到的波浪载荷及浮体的运动的目的。

一方面，本发明实施例提供一种波浪作用下浮体的水动力响应的测量方法，

建立浮体的几何模型，并根据所述浮体的几何模型大小确定计算域；

对边界进行网格划分，并储存所述网格的节点信息，所述边界包括固体边界和自由水面边界，所述固体边界包括浮体边界和计算域边界；

建立边界积分方程和非线性波浪与浮体相互作用的刚体运动方程；

根据初始时刻所述自由水面边界上的各个节点的速度势和初始时刻所述固体边界上的各个节点的速度势导数，对所述边界积分方程进行离散求解，得到初始时刻所述固体边界上的各个节点的速度势以及所述自由水面边界上的各个节点的速度势导数；

根据初始时刻所述浮体边界上的各个节点的速度势和所述刚体运动方程，计算得到初始时刻作用在所述浮体上的波浪力以及所述浮体运动的位移、速度和加速度；

根据初始时刻所述自由水面边界上的各个节点的速度势，通过自由水面边界条件计算得到下一时刻所述自由水面边界上的各个节点的速度势，并根据初始时刻所述固体边界上的各个节点的速度势导数，通过位移、速度和加速度之间的导数关系计算得到下一时刻所述固体边界上的各个节点的速度势导数；

根据下一时刻所述自由水面边界上的各个节点的速度势和所述固体边界上的各个节点的速度势导数，对所述边界积分方程进行离散求解，得到下一时刻所述固体边界上的各个节点的速度势以及所述自由水面边界上的各个节点的速度势导数；

根据下一时刻所述固体边界上的各个节点的速度势和所述刚体运动方程，计算得到下一时刻作用在所述浮体上的波浪力以及所述浮体运动的位移、速度和加速度。