[发明专利]船舶大幅横摇运动的三维数值模拟方法

权利要求书

1.一种船舶大幅横摇运动的三维数值模拟方法，其特征是包括如下步骤：

步骤1，读取网格文件，利用网格信息进行船舶静水力计算；

提取船舶水线信息，结合流场匹配边界智慧参数和水线信息，生成符合边界元方法的水面和匹配面离散网格，并基于船体离散网格，所述的船舶水线信息包括首尾驻点空间坐标、水线拟合曲线函数；所述的利用网格信息进行船舶静水力计算具体包括：计算船舶静水力参数，所述的静水力参数包括排水体积、浮心、漂心、惯性矩以及湿表面积；检查静水力参数数值结果与物理船舶参数的误差；

步骤2，计算泰勒展开边界元方法所需的边界积分方程所涉及的影响系数矩阵；

将浮体湿表面离散为若干四边形或三角形单元，在每一单元上，取单元节点坐标均值为中心，在面元中点对偶极强度作泰勒展开并保留一阶导数项，对源强作泰勒展开只保留一阶导数项，引入场点的切向一阶导数来封闭方程组，构成关于偶极强度、偶强的一阶导数为未知数，源强为已知变量的线性代数方程组；

步骤3，叠模速度势及其空间一阶、二阶导数和Mj项求解；

步骤4，时域格林函数及其空间法向导数求解；

步骤5，计算横摇阻尼系数；

步骤6，不规则波分解，线性叠加成入射波时历；

步骤7，泰勒展开边界元法直接时域扰动波浪力计算；

步骤8，基于弱散射理论入射波浪力与静水回复力计算；

步骤9，船舶大幅运动预报方程建模，采用四阶龙格库塔方法步进求解运动方程，进行船舶在顶浪或者斜浪中非线性运动评估；

步骤10，依据船舶大幅运动响应RAO，进行不规则波中船舶大幅运动数值模拟和特征统计。

2.根据权利要求1所述的船舶大幅横摇运动的三维数值模拟方法，其特征是所述的时域格林函数及其空间法向导数求解是利用匹配法外传扰动波浪，在匹配面上利用时域格林函数构造匹配条件。

3.根据权利要求1所述的船舶大幅横摇运动的三维数值模拟方法，其特征是所述的计算横摇阻尼系数具体包括：利用Ikeda方法计算船舶横摇阻尼系数，按如下方式无因次化，

其中ρ为水密度，为排水体积，B为型宽，等效线性阻尼系数表示为：

其中B₄₄₁为线性阻尼系数，B₄₄₃为立方阻尼系数，η₄为横摇幅值，ω_η为横摇固有频率，

分别求出不同横摇幅值下的等效线性阻尼系数，然后根据上式进行最小二乘拟合。

4.根据权利要求1所述的船舶大幅横摇运动的三维数值模拟方法，其特征是所述的不规则波分解，线性叠加成入射波时历具体包括：

将波浪谱进行傅里叶变换，得到对应波浪谱的子波参数，将输入的波浪时历利用ITTC双参数谱的波谱公式通过有义波高和周期表示如下：

其中，T₁为谱心周期；H_1/3为有义波高，ω为圆频率，S(ω)为海浪谱密度，

利用等分能量法，将谱能量分为num份，各组成波的波幅如下：

其中ω₁～ω₂为截断频率，利用线性叠加原理得到入射波浪的时历表达式：

其中ε_i为各组成波的相位，而且

5.根据权利要求1所述的船舶大幅横摇运动的三维数值模拟方法，其特征是所述的泰勒展开边界元法直接时域扰动波浪力计算具体包括：采用时域直接求解非定常扰动速度势、辐射速度势和绕射速度势一起求解。

6.根据权利要求1所述的船舶大幅横摇运动的三维数值模拟方法，其特征是所述的基于弱散射理论入射波浪力与静水回复力计算具体包括：

采用Wheeler法评估静水面以上入射波压力的贡献，将面网格沿船体表面划分至甲板，采用四边形和三角形网格，在运动方程计算得到瞬时船体运动姿态后，通过转换关系将原始正浮状态的网格信息转换为瞬时姿态下的网格信息，在每个时间步判断船体上的湿表面网格在入射波面以下、以上还是与入射波面相截，瞬时网格中，水面以下的部分即为瞬时湿表面；

在获得了瞬时入射波面与船体湿表面交界面以下的瞬时湿表面后，将入射波和静水压力在瞬时船体湿表面积分，得到船舶受到的非线性入射波力和静水恢复力。