Numerische Analyse der Wechselwirkung von Schwerewellen und Strukturen: Einsatz der Randelementmethode
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| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 7]
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| adam_text | 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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