浮体和浮式多体系统流固耦合动力分析PDF电子书下载

第1章绪论 1

1.1浮体和浮式多体系统的分类 1

1.2浮体和浮式多体系统的受力特点和分析途径 5

第2章刚体动力分析基础 9

2.1刚体位移的运动学描述 9

2.1.1刚体的平动位移和转动位移 10

2.1.2坐标转换矩阵及其性质 12

2.1.3刚体定点转动的欧拉定理 13

2.1.4欧拉角和卡尔丹角 14

2.1.5欧拉参数 16

2.2刚体的角速度和刚体上点的运动 17

2.2.1刚体的角速度 17

2.2.2矢量对时间的导数 19

2.2.3刚体上固结点和动点的运动 21

2.3 刚体的质量几何 23

2.3.1刚体的质心位置 23

2.3.2转动惯量和惯性积 23

2.3.3计算转动惯量和惯性积的常用方式 26

2.4牛顿-欧拉动力学方程 26

2.4.1刚体的动量和动量矩 26

2.4.2质心运动定理和绕质心动量矩定理 29

2.5刚体动力学普遍方程 30

2.5.1完整约束和理想约束 30

2.5.2达朗贝尔-拉格朗日原理 32

2.5.3虚功率原理 33

2.5.4第二类拉格朗日方程 34

第3章流固耦合中的速度势问题 39

3.1势流的基本方程和边界条件 39

3.1.1势流基本方程 39

3.1.2自由面边界条件和物面边界条件 40

3.1.3水底边界条件和水面无限远处边界条件 41

3.2自由面和物面边界条件的线性化 43

3.2.1流场运动量的摄动展开 43

3.2.2自由面边界条件的线性化 44

3.2.3物面边界条件的线性化 46

3.3线性速度势的分解 51

3.3.1流场线性速度势的叠加关系 51

3.3.2绕射势和辐射势的边界条件 51

3.3.3空间速度势和规范化速度势 53

3.4 规范化速度势求解和浮体水动力系数 54

3.4.1速度势的域内积分方程和边界积分方程 54

3.4.2间接边界元法边界积分方程 56

3.4.3浮体的水动力系数 56

3.5多浮体流场的速度势和水动力系数 58

3.5.1多浮体流场速度势的分解 58

3.5.2多浮体流场的辐射势 59

3.5.3多浮体流场的水动力系数 59

第4章浮体在波浪上的运动 61

4.1波浪理论简介 61

4.1.1微幅波的速度势和波形 61

4.1.2有限振幅波的速度势和波形 62

4.1.3不规则波及其统计特征值 63

4.2波浪作用力和静水恢复力 69

4.2.1弗劳德克雷洛夫力 69

4.2.2绕射力计算和哈斯金特关系 69

4.2.3静水恢复力（矩） 71

4.3系泊约束力 72

4.3.1悬链线方程 72

4.3.2系留点位移与锚链力的关系 74

4.3.3锚链系统的系泊约束力 75

4.4浮体动力学方程 77

4.4.1浮体动力学方程构建 77

4.4.2频域分析形式的浮体动力学方程 78

4.5浮体动力学方程的修正 80

4.5.1有质心初始偏离时质量系数的修正 80

4.5.2有质心初始偏离时静水恢复力系数的修正 82

4.5.3有质心初始偏离时锚泊约束力系数的修正 84

4.5.4有初始倾角时浮体动力学方程的修正 86

第5章柔性浮体流固耦合分析 87

5.1浮体模态分析法概述 87

5.1.1干结构模态分析法简介 87

5.1.2弹性浮体模态分析法的特点 88

5.2弹性浮体的主坐标运动方程 90

5.2.1弹性浮体结构离散化及其运动方程 90

5.2.2弹性浮体的主坐标运动方程 93

5.2.3弹性浮体刚体运动的主坐标运动方程 93

5.3弹性浮体周围流场及流体压力 96

5.3.1流场性质假定和坐标系定义 96

5.3.2流场速度势的分解及定解问题 99

5.3.3流体压力分析 101

5.3.4广义流体力 105

5.4线性水弹性问题和浮式平台水弹性响应 108

5.4.1线性水弹性主坐标运动方程 108

5.4.2浮式平台的水弹性响应计算 109

5.5大型浮式平板的水弹性问题 116

5.5.1浮式平板的水弹性主坐标运动方程 116

5.5.2浮式平板主坐标的分解和求解途径 119

5.5.3薄膜力对超大型浮体的水弹性响应贡献 121

第6章CFD数值模拟浮体流固耦合问题 125

6.1粘性不可压缩流体运动数学模型 125

6.1.1纳维-斯托克斯方程 126

6.1.2 RANS方程和湍流运动数学模型 127

6.1.3离散控制方程的有限体积法 130

6.1.4自由表面运动数学模型（VOF方程） 131

6.2基于有限体积法的离散格式 132

6.2.1空间域的离散化 132

6.2.2控制方程的空间域离散格式 134

6.2.3控制方程的时间域离散格式 136

6.3压力修正算法和动边界问题 137

6.3.1压力修正算法 137

6.3.2自由表面运动的数值追踪 138

6.3.3运动物面边界问题的ALE方法 142

6.4 提高浮式平台水动力稳定性研究 144

6.4.1 CFD商用软件简介 144

6.4.2圆柱绕流数值模拟与理论和实验结果之比较 146

6.4.3设置侧置水翼提高浮式平台水动力稳定性 148

6.4.4 水翼影响浮式平台近场流动实验研究 149

6.4.5水翼影响浮式平台近场流动CFD数值模拟 153

第7章多浮体系统动力分析之凯恩方法 155

7.1多体系统的力学要素和拓扑关系 155

7.1.1多体系统的力学要素 155

7.1.2沿分支依次编号法 157

7.1.3坐标转换矩阵乘法传递关系 158

7.1.4多体系统的通路矩阵和点位置矢量 159

7.2广义速率和角速度、质心速度 160

7.2.1凯恩方法中的广义速率定义 160

7.2.2多体系统中物体的角速度 162

7.2.3多体系统中物体的质心速度 163

7.3偏速度和偏角速度 163

7.3.1偏速度和偏角速度的定义式 163

7.3.2偏速度和偏角速度的投影形式 165

7.3.3物体的角加速度和质心加速度 169

7.4广义惯性力和广义主动力 170

7.4.1偏角速度和偏速度表达的物体惯性力 170

7.4.2广义力的定义和物体的广义惯性力 171

7.4.3广义主动力和无功力 172

7.4.4摩擦力（矩）和驱动力（矩）的广义力 173

7.4.5弹簧和阻尼内相互作用力系的广义力 174

7.5凯恩方程及其浮式多体系统动力分析形式 176

7.5.1由虚功率原理导出多体系统凯恩方程 176

7.5.2多浮体系统中任一浮体所受的广义力 178

7.5.3多浮体系统动力分析之凯恩方程 182

第8章浮体和浮基多体系统时域动力分析 185

8.1时域辐射势和时域格林函数方法 185

8.1.1浮基多体系统时域分析的工程背景 185

8.1.2速度势的分解和时域辐射势 186

8.1.3时域格林函数法 188

8.1.4三维无限水深流场的格林函数 191

8.2时域规范化速度势 191

8.2.1时域辐射势的分解 191

8.2.2时域规范化辐射势积分方程 192

8.2.3卡明斯函数 194

8.3时域水动力系数和浮体时域动力学方程 195

8.3.1时域水动力系数 195

8.3.2时域哈斯金特关系 197

8.3.3浮体时域动力学方程 198

8.4浮基多体系统时域动力学方程 198

8.4.1浮基多体系统之凯恩方法 198

8.4.2表观重力和表观浮力 199

8.4.3浮基多体系统运动学分析 200

8.4.4浮基主动机构动力学分析 202

8.4.5浮基非主动机构动力学分析 204

8.5有移动重载荷的滚装船的动力响应研究 205

8.5.1海浪中浮基上的滚装卸载过程研究 205

8.5.2海浪中浮基上的重载单元侧翻过程研究 207

8.5.3海浪中浮基上的重载单元自由滑移研究 208

第9章浮式多体系统动力分析之齐次矩阵方法 213

9.1运动学齐次矩阵及其坐标变换 213

9.1.1齐次坐标和位置齐次矩阵 213

9.1.2旋转平移齐次矩阵 215

9.1.3速度齐次矩阵和加速度齐次矩阵 217

9.1.4三个物体间的相对运动关系 219

9.2动力学齐次矩阵和刚体动力学方程 220

9.2.1力齐次矩阵 220

9.2.2动量齐次矩阵 220

9.2.3惯量齐次矩阵 220

9.2.4齐次矩阵的坐标系变换 222

9.2.5齐次矩阵刚体动力学方程 222

9.3多体系统运动学分析的齐次矩阵方法 223

9.3.1有根树系统物体的相对运动齐次矩阵 224

9.3.2有根树系统物体的绝对运动齐次矩阵 225

9.3.3有根树系统运动齐次矩阵求解流程 227

9.4多体系统动力学分析的齐次矩阵方法 228

9.4.1有根树系统动力学正问题 228

9.4.2有回路的有根多体系统动力学正问题 228

9.4.3多体系统动力学逆问题 231

第10章带式浮桥和自行舟桥动力特性研究 235

10.1移动载荷作用下带式浮桥动力特性研究 235

10.1.1带式铰接式浮桥出现位移波堆积的机理 235

10.1.2带式铰接式浮桥水动力系数的选取 236

10.1.3齐次矩阵方法计算及与其他研究之比较 237

10.2长浮桥在快速重载作用下的模型试验研究 240

10.2.1试验模型和加载测试系统 240

10.2.2位移波堆积与移动载荷速度振荡模型试验 243

10.3 自行舟桥水上展开过程的动力特性研究 247

10.3.1自行舟桥展开过程中各物体间的相对运动 247

10.3.2自行舟桥在静水中展开的稳定性分析 2447

10.3.3自行舟桥在波浪中展开的稳定性分析 251

参考文献 255