Numerische Analyse der Wechselwirkung von Schwerewellen und Strukturen: Einsatz der Randelementmethode
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| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
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Titel: Numerische Analyse der Wechselwirkung von Schwerewellen und Strukturen
Autor: Haack, Carsten
Jahr: 1996
- V - Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der wichtigsten Formeizeichen und Symbole VII 1 Einleitung 1 1.1 Problemstellung. 2 1.2 Stand des Wissens. 3 1.2.1 Nichtlineare Schwerewellen. 3 1.2.2 Fluid-Struktur-Wechselwirkungen bei freien Oberflächenwellen. 5 1.3 Ziel der Arbeit. 8 2 Modellbildung 10 2.1 Strömungsmechanische Grundlagen. 10 2.1.1 Darstellung des Strömungsfeldes durch ein Geschwindigkeitspotential . . 12 2.1.2 Schwerewellen. 13 2.1.3 Abgrenzung von Kapillar-und Schwerewellen. 14 2.1.4 Energiedissipation bei Schwerewellen. 15 2.2 Kopplung von Welle und Struktur. 19 2.2.1 Mehrkörpersysteme im Offshore-Bereich. 19 2.2.2 NEWTON-EULERsche Bewegungsgleichungen.22 2.2.3 Hydrodynamischer Druck und hydrodynamische Kraft.25 2.3 Schwimmstabilität.28 2.4 Dimensionsanalyse. 29 3 Numerische Behandlung des Gesamtproblems 32 3.1 Diskretisierung der Potentialströmung mit direkter Randelementmethode.33 3.1.1 Herleitung nach der Methode des gewichteten Restes.35 3.1.2 Überführung auf eine algebraische Darstellung.39
- VI - 3.1.3 Diskretisierung des Randes und Approximation der Randfunktionen . 42 3.1.4 Numerische Lösungsverfahren . 46 3.1.5 Ortsableitungen der Fundamentallösung.49 3.2 Randbedingungen.51 3.3 Behandlung instationärer Probleme im Zeitbereich.52 3.3.1 Zustandsraumdarstellung.54 3.3.2 Zeitdiskretisierung.57 3.3.3 Druck- und Kraftberechnung .59 3.4 Bestimmung weiterer strömungsmechanischer Größen. . 63 3.4.1 Darstellung des Geschwindigkeitsfeldes im Gebietsinnem.63 3.4.2 Partikelbahnen im Gebietsinnem.64 3.5 Einfluß der Orts- und Zeitdiskretisierung auf die numerische Stabilität.65 3.6 Methodenvergleich, Optimierung der Programmstruktur und Rechenzeiten . 66 4 Numerische Simulation der Erregung und Ausbreitung von Schwerewellen im Wellenkanal — Vergleich mit Meßergebnissen 69 4.1 Wellenerregung .71 4.1.1 Fehler- und Konvergenzbetrachtung anhand analytischer Näherung'. . 71 4.1.2 Druckmessungen .74 4.1.3 Vergleich Rechnung / Messung.76 4.2 Wellenausbreitung — Vergleich Rechnung / Messung.78 4.2.1 Ausbreitung bef festem Rand.79 4.2.2 Ausbreitung bei Wellenabsorber.82 4.3 Partikelbewegung.84 5 Numerische Simulation schwimmender Strukturen im Seegang 86 5.1 Frei schwimmender Einzelkörper.86 5.2 Gekoppelte Schwimmkörper.92 6 Zusammenfassung 95 Anhang 97 Literaturverzeichnis 106 |
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