[发明专利]处理船舶水动力计算中不规则频率的边界条件设置方法

说明书

本发明公开了处理船舶水动力计算中不规则频率的边界条件设置方法，涉及船舶水动力计算领域，该方法基于船体三维水弹性力学方程和三维边界元方法，获取使与船体水线相邻的船体湿表面网格单元、第一层盖子网格单元、第二层盖子网格单元和第三层盖子网格单元中的每个子单元两两之间距离最小的三种单元对应关系，并采用在分层后的盖子网格单元上缩比赋值边界条件的方法扩展边界积分方程，进一步求解船体湿表面网格单元和水线面内盖子网格单元的辐射势源强和绕射势源强，解决船体湿表面网格和加盖网格边界条件的突变问题，实现不规则频率消除方法在船舶水动力计算上的应用。

技术领域

本发明涉及船舶水动力计算领域，尤其是处理船舶水动力计算中不规则频率的边界条件设置方法。

背景技术

船舶的水动力性能分析是船舶设计过程中的重要阶段。在船舶三维势流理论中，通常采用三维边界元方法结合复杂格林函数的方法，通过在船体湿表面分布源强计算获得水动力的相关参数。在用分布源求解船体表面速度势时，需要满足拉普拉斯方程的内部解存在，但这种内部解不总是存在。当频率取一些特殊值时，内部解不存在，称这些特殊的频率为不规则频率。在分析流固耦合问题时，波浪载荷的激励下很容易发生波激振动和颤振的高频响应现象，则船体水弹性响应的高频共振响应有时会与不规则频率存在重叠部分，使得难以分辨出真实的共振频率，因此在做船体水动力计算时有必要对不规则频率进行处理。目前，较普遍使用的方法是在水线封闭区域内加一盖子，扩展边界积分方程，通过计算消除不规则频率。但在计算的过程中发现，如果将水线面处加盖子单元上的边界条件值全都设为零，那么计算只能对一定频率范围内的结果起到消除不规则频率的作用，而对其他更高频率范围的计算结果没有明显的改善，水线面处加盖子单元边界条件设置方式对不规则频率的消除起着十分重要的作用，因此有必要发明一种水线面处加盖子单元边界条件设置方法来更加完善的解决船舶水动力计算过程中的不规则频率问题。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了处理船舶水动力计算中不规则频率的边界条件设置方法，本发明的技术方案如下：

处理船舶水动力计算中不规则频率的边界条件设置方法，包括：

建立船体三维有限元模型，求解其模态振型并确定预定模态振型；

建立船体湿表面网格单元和水线面内盖子网格单元，根据船体宽度对水线面内盖子网格单元进行分层处理，水线面内盖子网格单元至少包括三层网格单元和未分层网格单元；以船体长度方向的中轴线为轴，设靠近船体水线两个相对的长向网格单元为第一层盖子网格单元，设靠近第一层盖子网格单元的两个相对的长向网格单元为第二层盖子网格单元，第三层盖子网格单元内侧的盖子网格单元为未分层网格单元；

将预定模态振型映射到船体湿表面网格单元；

获取使与船体水线相邻的船体湿表面网格单元、第一层盖子网格单元、第二层盖子网格单元和第三层盖子网格单元中的每个子单元两两之间距离最小的三种单元对应关系，将与船体水线相邻的船体湿表面网格单元记为船体水线相邻湿表面网格单元，第一单元对应关系包含了距离最小的各个船体水线相邻湿表面网格子单元位置编号，第二单元对应关系包含了距离最小的各个第一层盖子网格子单元位置编号，第三单元对应关系包含了距离最小的各个第二层盖子网格子单元位置编号；

通过映射后的船体湿表面网格单元计算船体水线相邻湿表面网格单元的第一边界条件，第一边界条件包括各个船体水线相邻湿表面网格子单元的辐射势边界条件和绕射势边界条件；

根据第一边界条件和第一单元对应关系计算第一层盖子网格单元的第二边界条件，第二边界条件包括各个第一层盖子网格子单元的辐射势边界条件和绕射势边界条件；

根据第二边界条件和第二单元对应关系计算第二层盖子网格单元的第三边界条件，第三边界条件包括各个第二层盖子网格子单元的辐射势边界条件和绕射势边界条件；

与计算第三边界条件的方法相同，同理计算第三层盖子网格单元的第四边界条件，并将未分层网格单元的边界条件赋值为零；