造波理論與方法研究.pdf

1、在船舶與海洋工程領(lǐng)域內(nèi),數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)是解決物體在波浪中運(yùn)動(dòng)及波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用問題的主要技術(shù)手段。造波是數(shù)值波浪水池計(jì)算過程以及物理水池試驗(yàn)過程中的一項(xiàng)重要技術(shù)。有效的數(shù)值造波方法不但能夠提高數(shù)值波浪水池的計(jì)算效率,同時(shí)也是開發(fā)物理造波機(jī)功能的有力工具。造波機(jī)是大型水池的重要設(shè)備,其系統(tǒng)集成與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)水池造波的基礎(chǔ)。除造波技術(shù)外,如何消除從模型及消波裝置上反射回來的波浪,避免它們撞擊造波板形成二次反射波從而提高數(shù)值計(jì)算

2、及模型試驗(yàn)的精度,是數(shù)值水池與物理水池都必須面對(duì)的問題。本文針對(duì)數(shù)值造波方法、多向造波機(jī)的系統(tǒng)集成與運(yùn)動(dòng)控制、水池造波的實(shí)現(xiàn)以及主動(dòng)吸收造波技術(shù)進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容包括:
　　(1)基于CFD技術(shù)建立了粘性數(shù)值造波模型,采用速度邊界造波方法對(duì)三維水池中二階Stokes波的生成進(jìn)行了模擬,采用質(zhì)量源造波方法對(duì)孤立波的生成進(jìn)行了模擬;應(yīng)用混合歐拉拉格朗日自由面條件建立了基于高階邊界元法的勢流數(shù)值造波模型,結(jié)合波譜相位聚焦的原理,應(yīng)用該

3、模型對(duì)搖板式造波機(jī)生成聚焦波進(jìn)行了仿物理造波模擬。
　　(2)通過對(duì)進(jìn)口伺服產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)解讀,基于Sercos總線協(xié)議建立了多向造波機(jī)的控制系統(tǒng),編寫了伺服驅(qū)動(dòng)器中的位置控制程序、伺服控制器中的插補(bǔ)程序及上位機(jī)中的造波軟件,實(shí)現(xiàn)了多向造波機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制,通過正向規(guī)則波造波過程中多點(diǎn)同步測試,對(duì)多板同步控制進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(3)基于不規(guī)則波的線性疊加法,討論了海洋工程模型試驗(yàn)中先進(jìn)的白噪聲不規(guī)則波的生成方法,并在水池中進(jìn)行了白

4、噪聲不規(guī)則波模擬試驗(yàn);討論了單邊搖板式多向造波機(jī)生成斜向波與三維波的方法,并基于多向造波機(jī)的差動(dòng)控制在水池中進(jìn)行了模擬試驗(yàn),編寫了頻譜分析及方向譜分析程序,通過頻譜分析與迭代修正在水池中生成了較好品質(zhì)的斜向規(guī)則波、斜向不規(guī)則波及三維波。
　　(4)基于勢流理論與線性疊加原理,對(duì)主動(dòng)吸收造波原理進(jìn)行了推導(dǎo),通過理論推導(dǎo)將目前兩種主流的主動(dòng)吸收造波技術(shù)統(tǒng)一在一個(gè)理論框架內(nèi);從控制系統(tǒng)的角度詮釋了主動(dòng)吸收造波技術(shù),從而將智能控制的思想引