外文翻译--基于修正的SPH方法数值模拟规则波对透空式结构物底部的冲击作用（译文）

1、基于修正的 SPH 方法数值模拟规则波对透空式结构物底部的冲击作用 第 1 页 共 22 页 中文中文 6500 字字 出处：出处：Applied Ocean Research 34 (2012) 173 186 基于修正的 SPH 方法数值模拟规则波对透空式结构物底部 的冲击作用 高睿,任冰,王国玉、王永学 大连理工大学、辽宁 大连116023, 文章信息 文章历史: 2011年2月13日收到 2011年7月31日收到修订后的格式 2011年8月6日接收 2011年9月6日发布网上 摘要 本文提出了基于光滑粒子流体动力学 SPH 方法的二维数值波浪水槽模拟 规则波对透空式结构物的冲击作用。该

2、模型采用 CSPM 和黎曼解相结合对 Navier-Stokes 方程进行修正。对固体边界采用虚粒子法模拟。提出一种耦合计 算方法确定虚粒子的压力，保持边界附近的压力更稳定。另外，改进的虚粒子 可以用于准确跟踪结构物的影响特性。而修正的 SPH 模型模拟了规则波对结 构物底部的冲击作用，给出了结构物附近速度场和压力场的主要特征，并应用 物理模型试验结果对数值模型进行了验证。 关键词:光滑粒子流体动力学；波浪冲击；数值波浪水槽 基于修正的 SPH 方法数值模拟规则波对透空式结构物底部的冲击作用 第 2 页 共 22 页 1 引言引言 位于浪溅区的建筑物，如采油平台，受波浪冲击的影响作用，荷载会造

3、成结 构局部的坍塌和疲劳破坏。在过去的几十年来，随着随机自由表面数字技术的发 展 VOF 技术已在各种涉及数值工程被广泛采用，包括波浪冲击离岸结构的数值 模拟。例如，得到了孤立波、线性波、椭余波以及随机波对位于浪溅区透空结构 物底部的冲击压力分布。基于 VOF 方法建立了二维数值模型 FSWL -2D 和三维 数值模型 FSWL -3D，研究波浪冲击问题，并与理论计算结果做对比。通过引入 局部高度函数对 VOF 方法进行了修正，建立了适用于规则波和随机波的波浪冲 击数值模型。 基于 Kleefsman模型研究了正向和斜向入射波作用下固定导管架平 台所受的力，并与 API 方法计算的结果进行了比

4、较。 上述基于网格的数值方法在处理诸如波浪破碎和冲击等具有大变形自由表 面运动的流体问题时,需要重新网格化算法或局部网格细化。光滑粒子动力学是 一种无网格，纯拉格朗日粒子方法，它尤其适合于模拟自由表面的大变形问题。 用该方法模拟了溃坝、涌浪和孤立波爬坡等二维自由表面流动问题。此外，运行 中的孤波与在斯科特拉塞尔的实验装置造波机产生的绕流用于分析孤立波。用 SPH 方法并结合 LES 模型模拟孤立波在浅水传播变形及破碎的过程。该方法也 用于分析海上结构甲板越浪过程的压力。这几种方法都可以解决固体边界力， SPH 方法已被成功应用于液体的晃荡问题。二维水槽模型模拟一艘 LNG 船的液 仓晃荡问题。利用 SPH 方法研究矩形水槽滚动频率的晃动力矩幅值范围。以及 在浅水晃荡强制滚动运动的情况下冲击压力的 SPH 结果与物理实验结果进行比 较。此外，修正的不可压缩 SPH（ISPH）方法可用于预测在晃动过程中的冲击 压力。 广泛范围应用 SPH 已使应用范围显著扩展并且 SPH 方法得到改进。SPH 方 法的一致性和准确性的问题得到解决。因为自由表面边界附近的积分域不足，内 核函数的求和