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Error Analysis of A New Higher Order Boundary Element Method for A Uniform Flow Passing Cylinders
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作者 SUN Shi-yan CUI Jie BAO Chao-ming 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2023年第3期369-377,共9页
A higher order boundary element method(HOBEM)is presented for inviscid flow passing cylinders in bounded or unbounded domain.The traditional boundary integral equation is established with respect to the velocity poten... A higher order boundary element method(HOBEM)is presented for inviscid flow passing cylinders in bounded or unbounded domain.The traditional boundary integral equation is established with respect to the velocity potential and its normal derivative.In present work,a new integral equation is derived for the tangential velocity.The boundary is discretized into higher order elements to ensure the continuity of slope at the element nodes.The velocity potential is also expanded with higher order shape functions,in which the unknown coefficients involve the tangential velocity.The expansion then ensures the continuities of the velocity and the slope of the boundary at element nodes.Through extensive comparison of the results for the analytical solution of cylinders,it is shown that the present HOBEM is much more accurate than the conventional BEM. 展开更多
关键词 higher order boundary element method(hobem) error analysis integral equations for potential and velocity cylinders
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采用THOBEM方法研究波流与结构物相互作用的数值模拟(英文) 被引量:2
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作者 刘珍 滕斌 +1 位作者 宁德志 孙亮 《Journal of Marine Science and Application》 2010年第2期156-162,共7页
To study wave-current actions on 3-D bodies a time-domain numerical model was established using a higher-order boundary element method(HOBEM).By assuming small flow velocities,the velocity potential could be expressed... To study wave-current actions on 3-D bodies a time-domain numerical model was established using a higher-order boundary element method(HOBEM).By assuming small flow velocities,the velocity potential could be expressed for linear and higher order components by perturbation expansion.A 4th-order Runge-Kutta method was applied for time marching.An artificial damping layer was adopted at the outer zone of the free surface mesh to dissipate scattering waves.Validation of the numerical method was carried out on run-up,wave exciting forces,and mean drift forces for wave-currents acting on a bottom-mounted vertical cylinder.The results were in close agreement with the results of a frequency-domain method and a published time-domain method.The model was then applied to compute wave-current forces and run-up on a Seastar mini tension-leg platform. 展开更多
关键词 时域方法 边界元法 三维体 高阶 衍射 波流 模拟 数值模型
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Bankine源高阶边界元法求解势流问题 被引量:9
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作者 李谊乐 刘应中 缪国平 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 1999年第1期80-89,共10页
本文以简单Green函数1/r为基本解,采用高阶边界元求解势流问题。利用8结点等参元来逼近流域边界的几何形状和未知量,利用变形的边界积分方程和坐标变换技术有效地处理了在场点的立体角计算和数值积分中所谓的“奇异性”问题... 本文以简单Green函数1/r为基本解,采用高阶边界元求解势流问题。利用8结点等参元来逼近流域边界的几何形状和未知量,利用变形的边界积分方程和坐标变换技术有效地处理了在场点的立体角计算和数值积分中所谓的“奇异性”问题,得到足够精度的结果。对零航速的半球振荡问题的数值解表明,1/r源高阶边界元法能给出满意的结果,且消除了“不规则频率”现象。 展开更多
关键词 高阶边界元法 数值积分 R-源 奇异性 势流
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均匀流中双色波传播特性的模拟研究 被引量:1
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作者 宁德志 石进 滕斌 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期402-407,共6页
针对双色波浪与均匀流相互作用问题,采用时域高阶边界元方法建立自由水面满足完全非线性边界条件的数学模型。求解中采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶龙格库塔方法更新下一时间步的波面和速度势。通过与已发表试验... 针对双色波浪与均匀流相互作用问题,采用时域高阶边界元方法建立自由水面满足完全非线性边界条件的数学模型。求解中采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶龙格库塔方法更新下一时间步的波面和速度势。通过与已发表试验结果对比,验证了本模型的准确性。通过数值计算研究了水流参数对各组成波及衍生的高阶波幅值、波浪和水流间能量交换的影响规律。 展开更多
关键词 双色波 均匀流 高阶边界元方法 时域模拟 谱方法
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FPSO水动力特性的完全非线性数值模拟
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作者 孙雷 陆婷婷 +1 位作者 邓潇潇 刘昌凤 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2020年第1期95-106,共12页
[目的]为提高海洋结构物的安全性能,针对波浪与结构物相互作用的问题开展完全非线性数值模拟研究。[方法]基于三维完全非线性时域势流理论及高阶边界元法(HOBEM),建立波浪与结构物相互作用的开敞水域模型。采用速度势分离技术将整个问... [目的]为提高海洋结构物的安全性能,针对波浪与结构物相互作用的问题开展完全非线性数值模拟研究。[方法]基于三维完全非线性时域势流理论及高阶边界元法(HOBEM),建立波浪与结构物相互作用的开敞水域模型。采用速度势分离技术将整个问题分解为入射部分和散射部分,入射势由理论解给定。采用混合欧拉-拉格朗日(MEL)方法追踪瞬时自由水面的流体质点,并采用四阶龙格-库塔法对瞬时自由水面进行更新。引进虚拟函数计算波浪载荷,而非直接求解速度势的时间导数。在自由水面的外侧设置人工阻尼层,防止波浪从远场边界反射。自由水面网格仅在初始时刻生成一次,并采用弹簧近似法在不改变网格节点顺序的情况下对瞬时水面进行网格重构,以避免数值不稳定。[结果]在验证所提出数值模型有效性和精确性的基础上,针对某浮式生产储卸油轮(FPSO)模型的水动力特性进行数值模拟,发现考虑非线性影响时FPSO的运动响应在共振区段明显增大,证明了传统线性方法的预报结果趋于危险。[结论]研究成果既可为海洋浮式结构物的设计提供更可靠的预报工具,也可为其实际应用提供理论依据。 展开更多
关键词 时域 完全非线性 高阶边界元 混合欧拉-拉格朗日方法 水动力特性
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基于三维时域格林函数高阶面元法的船体运动计算 被引量:1
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作者 周文俊 朱仁传 陈曦 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第z1期240-250,共11页
针对波浪中航行船体的运动问题,基于三维时域自由面格林函数并采用高阶面元离散,编程计算了浮体的运动响应.采用自由面格林函数,只需在船体湿表面布源,减少系数矩阵维度,避开自由面网格划分;同时高阶面元法(HOBEM)在计算速度势空间分布... 针对波浪中航行船体的运动问题,基于三维时域自由面格林函数并采用高阶面元离散,编程计算了浮体的运动响应.采用自由面格林函数,只需在船体湿表面布源,减少系数矩阵维度,避开自由面网格划分;同时高阶面元法(HOBEM)在计算速度势空间分布时能够提高精度.本文通过计算Wigley-Ⅲ型船在波浪中有航速前行时的运动,与实验进行对比,发现结果符合较好,证明这种方法的有效性. 展开更多
关键词 高阶面元法 时域格林函数 三维 有航速运动
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布拉格共振条件下的高阶谐波特性研究
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作者 张时斌 宁德志 +2 位作者 陈丽芬 张崇伟 滕斌 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期753-760,共8页
为了考虑波浪在周期性地形上传播时诱发的布拉格共振现象和高阶谐波之间的相互影响,本文基于时域高阶边界元方法,建立二维完全非线性数值波浪水槽,数值研究布拉格共振条件下周期性地形诱发的高阶谐波特性。研究发现:随着潜体高度增加,... 为了考虑波浪在周期性地形上传播时诱发的布拉格共振现象和高阶谐波之间的相互影响,本文基于时域高阶边界元方法,建立二维完全非线性数值波浪水槽,数值研究布拉格共振条件下周期性地形诱发的高阶谐波特性。研究发现:随着潜体高度增加,二阶自由波透射系数呈现先增大后减小的趋势,而其反射系数则持续增大。同时,随着潜体长度增加,二阶自由波透反射系数均呈现增大的趋势,并最终各自稳定于一定值附近振荡。在布拉格共振条件下,除了普遍认为的自由波,二阶锁定波也将发生共振反射现象;此外,在布拉格共振条件下,周期性地形迎浪侧的二阶谐波波幅会出现“拍”和“寄生拍”的组合现象,使得迎浪侧波浪场更为复杂,并增加极端大波出现的概率。 展开更多
关键词 高阶谐波 布拉格共振 高阶边界元 完全非线性数值水槽 自由波 锁定波 周期性地形 反射系数 透射系数
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波浪对淹没水平圆柱作用的非线性数值模拟 被引量:1
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作者 严斌 林红星 宁德志 《海洋科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期319-325,共7页
采用基于域内源造波技术的时域高阶边界元方法建立了模拟波浪对淹没水平圆柱作用的二维完全非线性数值模型,运用两点分离法得到淹没潜体后的各个组成波的波浪形态。通过与已发表试验数据和解析解的对比,验证了本文模型的正确性。进而开... 采用基于域内源造波技术的时域高阶边界元方法建立了模拟波浪对淹没水平圆柱作用的二维完全非线性数值模型,运用两点分离法得到淹没潜体后的各个组成波的波浪形态。通过与已发表试验数据和解析解的对比,验证了本文模型的正确性。进而开展数值试验研究分析得到强非线性条件下淹没圆柱后高阶自由波和锁定波与入射波参数、淹没水深等因素的变化规律。 展开更多
关键词 完全非线性 高阶边界元 两点分离法 高阶自由谐波 淹没水平圆柱
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An iterative Rankine boundary element method for wave diffraction of a ship with forward speed 被引量:2
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作者 何广华 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2014年第5期818-826,共9页
A 3-D time-domain seakeeping analysis tool has been newly developed by using a higher-order boundary element method with the Rankine source as the kernel function. An iterative time-marching scheme for updating both k... A 3-D time-domain seakeeping analysis tool has been newly developed by using a higher-order boundary element method with the Rankine source as the kernel function. An iterative time-marching scheme for updating both kinematic and dynamic free-surface boundary conditions is adopted for achieving numerical accuracy and stability. A rectangular computational domain moving with the mean speed of ship is introduced. A damping beach at the outer portion of the truncated free surface is installed for satisfying the radiation condition. After numerical convergence checked, the diffraction unsteady problem of a Wigley hull traveling with a constant forward speed in waves is studied. Extensive results including wave exciting forces, wave patterns and pressure distributions on the hull are presented to validate the efficiency and accuracy of the proposed 3-D time-domain iterative Rankine BEM approach. Computed results are compared to be in good agreement with the corresponding experimental data and other published numerical solutions. 展开更多
关键词 前进速度 边界元法 迭代 船舶 波绕射 自由表面 高阶边界元 分析工具
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海上风机基础高阶水动力荷载数值模拟研究 被引量:1
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作者 邓思佳 宁德志 +1 位作者 林琳 张崇伟 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2021年第6期811-816,共6页
在实际海洋环境下,海上风机结构常常承受非线性波浪和系泊系统的联合作用,探究海上浮式风机基础高阶水动力荷载及其运动响应非常重要。该文基于非线性势流理论和摄动展开技术,建立了海上浮式风机基础与波浪和系泊系统耦合作用的二阶时... 在实际海洋环境下,海上风机结构常常承受非线性波浪和系泊系统的联合作用,探究海上浮式风机基础高阶水动力荷载及其运动响应非常重要。该文基于非线性势流理论和摄动展开技术,建立了海上浮式风机基础与波浪和系泊系统耦合作用的二阶时域高阶边界元数值分析模型,研究了OC4-DeepCwind半潜浮式风机基础在波浪作用下的动力响应特性。并通过与已发表数据进行对比,验证了模型准确性。分析计算得到的波浪力和平台运动响应随时间变化的演变特性及其与线性结果的区别,发现某些波频作用下非线性效应影响显著。该研究成果可为海上风电系统及海洋结构物设计提供一定参考。 展开更多
关键词 海上浮式风机 半潜浮式平台 系泊系统 数值模拟 高阶边界元
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风对二维极值波作用的数值研究
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作者 杜军 宁德志 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2017年第4期447-452,共6页
实际海域中风浪往往共存,当极值波浪出现时,风会对其特性产生很大影响。为了研究风对极值波浪特性的影响规律,该文基于势流理论建立自由水面满足完全非线性边界条件的风浪混合作用数值水槽模型,通过实时模拟造波板运动产生入射波,并基... 实际海域中风浪往往共存,当极值波浪出现时,风会对其特性产生很大影响。为了研究风对极值波浪特性的影响规律,该文基于势流理论建立自由水面满足完全非线性边界条件的风浪混合作用数值水槽模型,通过实时模拟造波板运动产生入射波,并基于波群聚焦原理定点产生极值波浪,利用改进的杰弗里斯遮蔽原理(Jeffreys'sheltering mechanism)将风压引入到自由水面动力边界条件中。在时域模拟中,采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪瞬时水面,利用格林第二定理建立了边界积分方程,采用高阶边界元方法进行离散求解。通过与已发表实验结果对比验证模型的准确性,进而开展数值实验研究风对极值波浪水动力特性的影响,包括聚焦幅值、聚焦位置和极值波高随风速的变化以及波群聚焦和解焦过程波浪演变特性等。 展开更多
关键词 极值波浪 高阶边界元法 波浪聚焦
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Application of the generalized body-fixed coordinate system for the wave-body interaction problem of a small-depth elastic structure in head seas
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作者 Kyeonguk Heo Masashi Kashiwagi 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2021年第6期1255-1270,共16页
The body-fixed coordinate system is applied to the wave-body interaction problem of a small-depth elastic structure which has both rigid and elastic body motions in head waves.In the weakly non-linear assumption,the p... The body-fixed coordinate system is applied to the wave-body interaction problem of a small-depth elastic structure which has both rigid and elastic body motions in head waves.In the weakly non-linear assumption,the perturbation scheme is used and the expansion is conducted up to second-order to consider several non-linear quantities.To solve the boundary value problem,linearization is carried out based not on inertial coordinate but on body-fixed coordinate which could be accelerated by a motion of a body.At first,the main feature of the application of body-fixed coordinate system for a seakeeping problem is briefly described.After that the transformation of a coordinate system is extended to consider an elastic body motion and several physical variables are re-described in the generalized mode.It has been found that the deformation gradient could be used for the transformation of a coordinate system if several conditions are satisfied.Provided there are only vertical bending in elastic modes and the structure has relatively small depth,these conditions are generally satisfied.To calculate an elastic motion of a body,the generalized mode method is adopted and the mode shape is obtained by solving eigen-value problem of dynamic beam equation.In the boundary condition of the body-fixed coordinate system,the motion effect reflected to free-surface boundary is considered by extrapolating each mode shape to the horizontal direction from a body.At last,simple numerical tests are implemented as a validation process.The second-order hydrodynamic force of a freely floating hemisphere is first calculated in zero forward speed condition.Next,motion and added resistance of a ship with forward speed are considered at different flexibility to confirm the effect of an elastic body motion in body-fixed coordinate system. 展开更多
关键词 HYDROELASTICITY Higher-order boundary element method(hobem) generalized mode method perturbation scheme body-fixed coordinate system wave-body interaction
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