[发明专利]一种基于SPH的双向波浪中船舶耐波性预报方法

说明书

本发明公开了一种基于SPH的双向波浪中船舶耐波性预报方法，包括以下步骤：S1、确定船模和数值水池的尺度；S2、建立数值水池模型；S3、建立船体模型；S4、设置船体的初始状态；S5、设置船体的运动特性；S6、流体粒子填充、设置边界条件和造波模式；S7、程序运行求解、设置计算监测量及数据输出；S8、船舶耐波性分析评估。本发明方法利用数值水池中双向波浪的SPH数值模拟技术，从而模拟和预报复杂海洋环境中双向波浪作用下的船舶耐波性，克服了现有技术仅能够模拟单向波中的船舶耐波性的缺陷与不足。

技术领域

本发明属于船舶耐波性预报技术领域，具体涉及一种基于SPH的双向波浪中船舶耐波性预报方法。

背景技术

目前的船舶耐波性预报方法主要是针对船舶在单向传播的规则波或不规则波中的运动响应进行模拟研究，而对于双向波浪或多向波浪中船舶运动的研究较少。由于实际海洋环境及气象条件的复杂性和多变性，当某一海域范围内出现两种不同方向风的作用时，可在海面上出现大范围的十字交叉状的双向波浪。此外，由于极端的天气模式及地理环境因素，也可导致相邻海域内的风向有很大的差异性。当两种不同方向风生成的波浪或涌浪传播到某一共同海区范围内时，也可相互叠加形成方形的双向波浪。双向海浪对过往船舶的六自由度运动和加速度有很大影响，尤其是当船舶航行至两波峰或波谷的交汇处，此时的船舶航行安全性需要格外加以关注和考虑。

迄今，基于势流理论和基于CFD/RANS原理的船舶耐波性预报方法已取得了显著进展。然而，势流理论和CFD/RANS方法无法模拟恶劣海况下由于船舶砰击上浪而引起的波浪破碎、液体飞溅等强非线性剧烈流动现象。近年来，随着计算机水平及数值计算方法的迅速发展，基于无网格技术的光滑粒子流体动力学(SPH)方法被广泛应用于船舶运动预报当中，并能够较好地解决局部流场破碎、液体飞溅等强非线性剧烈流动现象。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种基于SPH的双向波浪中船舶耐波性预报方法，方法采用基于SPH算法的开源软件DesignSPHysics进行双向波浪中的船舶运动预报与模拟。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于SPH的双向波浪中船舶耐波性预报方法，包括以下步骤：

S1、确定船模和数值水池的尺度，根据模拟精度需求和计算效率综合确定船模和数值水池的几何尺度；

S2、建立数值水池模型，采用三维建模软件建立数值水池模型，数值水池模型包括空间限制域、数值水池域、两块造波板、两块消波岸以及粒子填充域；

S3、建立船体模型，创建并导入船体外壳模型；

S4、设置船体的初始状态；

S5、设置船体的运动特性；

S6、流体粒子填充、设置边界条件和造波模式，对粒子填充域进行水粒子填充与生成，设置数值水池域边界面、造波板、消波岸、船模以及粒子填充域的类型和生成模式，设置两块造波板的运动类型和目标双向波浪的属性；

S7、程序运行求解、设置计算监测量以及数据输出，确认数值模拟的粒子数目，采用软件程序进行数值模拟计算，并设置计算监测量及数据输出，对船体运动、船体受力、船体表面压力、波面高程的监测进行设置并输出结果；

S8、船舶耐波性分析评估，根据计算结果对船舶在双向波浪中的运动响应和受力进行分析与评估。

进一步的，步骤S1具体为：

根据模拟精度需求、尺度效应和计算效率，确定船模的几何缩尺比；根据实船参数和几何缩尺比确定船模的各项参数；根据船模尺度和波浪参数，综合折中考虑浅水效应、池壁效应、阻塞效应、波浪传播与反射、粒子数量以及计算效率以确定数值水池的尺度；