基于NURBS面元法的船舶兴波问题数值计算研究

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本学位论文以基于非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Splines,NURBS)的面元法计算排水型船舶的兴波波形及波形阻力。 与通常面元法的不同之处在于本文所采用方法不但运用NURBS表示物面及自由面几何形状,而且还用其表示物面及自由面上的源强分布(为统一表达方式,表示物面几何及源强分布曲面的NURBS控制网的权因子取值均为1)。NURBS的应用提高了几何及源强密度表达的精度,可方便地满足所需的任意阶连续性要求,且毋须引入局部坐标,避免了局部坐标与整体坐标之间的转换。该方法对自由面源强分布采用上置,一方面可减少数值计算色散误差及节省CPU时间,另一方面它与配置点前移相互配合能更好地保证辐射条件的满足。 注意到NURBS插值中以曲面节点为插值点的插值方法、最小二乘法,蒙面法等三种常用法各有其优缺点,本文根据Schoenberg-Whitney定理,引入了一种简易有效而计算量小的NURBS插值算法,数值实践结果令人满意。 本文运用该方法求解了Wigley船型与系列60船型的线性兴波问题,以较少的配置点(相对于普通面元法而言)计算出了与实验结果相近的Kelvin波系及合理的波形阻力;以在方尾部强加类似于库塔条件的光滑分离边界条件求解了高速圆舭型方尾船的线性兴波问题,得到了合理的三维波型及波形阻力;另外还求解了双体船的线性兴波问题。
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