第四章-浮式平台总体性能(3).ppt

获取平均波浪力和力矩的另一个方法是利用压力直接积分法(Pinkster和vanOortmerssen，1977)。首先利用Bernoulli方程获得压力，并在形式上写出作用于船体表面的力和力矩，准确至波幅的二阶，可以获得所有力的三个分量和力矩的三个分量。这一表达式中，表示流场的总速度势（入射+绕射+辐射）。我们将以分析规则深水波入射于二维穿透自由液面的物体作为这个方法的例子。假设波长很小，柱体表面垂直于自由液面。由于波长很小，柱体在波浪中不产生振荡。而且，波浪只作用在柱体上游一侧的自由液面区域，在下游一侧只有阴影区域。从水动力学角度分析，这好似入射波作用于垂直壁面（见图4.10）这个问题的线性解可写作：其物理意义是代表了驻波。在壁面处最大的波面升高是入射波波幅的2倍。如果我们计算线性水动力，则发现：现从Bernoulli方程开始推导：式中：是直壁处的波幅。式(4.24)第三项分量的结果为：我们可将此渐近公式推广直至任意结构物，只要这些结构物在水线面处具有垂直的壁面。并且可以写作：式(4.26)中的积分是沿水线面曲线的非阴影区域，即从A到B。是波浪传播方向，角的定义如图4.11所示。以下给出三个特殊情况的算例结果：[例一]无限长水平圆柱[例二]半径为r的圆形水线面结构物[例三]结构物的水线面由两个半径为r的圆形端部和长度为的平行部分所组成（见图4.12），第四章浮式平台二阶非线性运动响应4.2.2压力直接积分法计算浮体平均波浪漂移力式中：表示水线处结构的垂向运动；表示角运动；表示船体上一点的运动（这里假设船体与自由面垂直）；法向量指向船体内部。这表达式给出流体力的纵向、横向和垂向分量。可建立首摇、横摇和纵摇中漂移力矩的相似标的式。使用绕-辐射程序计算这一表达式有时是困难的，其主要原因如下：1）为了达到很好的数值精度，需计算水线上的速度势；2）计算船体表面点上速度时，在锐角附近的估算是困难的；3）表达式为各项影响之和，某项计算精度不高，将影响最终结果的精度。yz这是一个简谐振荡，不能解释漂移力，我们在分析中必须包含高阶项。这就意味着必须按照物体的真实湿表面形状进行积分，并使用完整的Bernoulli方程，而且必须求解水动力问题至波幅的高阶项。但是，正如前面讨论中所证明，在规则波中，由二阶势所贡献的平均力为零。将计算作用力准确至波幅的二阶项，并把静水力除外。(4.24)式(4.24)中前两项的分量可以写作：(4.25)根据一阶速度势满足的线性化自由面边界条件，知：两者的总和为。这是按照Maruo公式在小波长条件下准确的渐近值。(4.26)式中：是漂移力在x方向上的分量；是漂移力在y方向上的分量；是绕z轴的首摇漂移力矩（其定义见图4.11）。图4.11式（4.26）中定义的船和波浪参数图4.12参数的定义