船舶水动力分析时用到的两种理论简介——切片理论与面元法.pdf

第21期(总第843期)科学咨询科技前沿

船舶水动力分析时用到的两种理论简介

——切片理论与面元法

111，2

张大朋，赵博文，严谨

（1.广东海洋大学船舶与海运学院，广东湛江524088；

2.广东海洋大学广东省南海海洋牧场智能装备重点实验室，广东湛江524088）

摘要：本文主要介绍对船舶进行水动力分析时用到的两种方法：切片理论与面元法。本文主要介绍了切片

理论和面元法的具体内容并进行了相关数理推导，同时分析了两种理论的适用性。对于指导海洋工程相关领域内

的设计与计算有着一定的借鉴与参考价值。

关键词：切片理论；面元法；海洋工程

一、切片理论度值，F为波激力/力矩。下角标的3代表垂荡运动，5代

切片理论的基本思想是在计算船体水动力时，假表纵摇运动。1、2、3分别代表x、y、z轴上的纵荡、横荡

定船体由许多横向薄片组成，每片都当成无限长柱体和垂荡；4、5、6分别代表x、y、z轴上的横摇、纵摇和艏

的一个横剖面，然后用流体力学中的二维绕流来确定摇垂荡。两个数字相连表示因第二个运动而产生的第

该剖面的附加质量、阻尼力、扰动力等系数，最后再沿一个运动的系数，例如，A33表示因垂荡产生的垂荡附

[1-4]

船长积分以求出整个船体的受力。加质量系数，B53表示垂荡引起的俯仰阻尼系数，以此

（一）基本假设类推。

使用切片理论计算船舶垂荡和纵摇的耦合运动为了求解上述方程，需要获得相关的系数、力和力

时，包含以下基本假设：矩。运动方程中的ξ系数总结如下。

1.船体细长：船长远大于船宽和吃水，船宽远小A=∫ adξ（3）

3333

于波长。B=∫ bdξ（4）

3333

2.船体为刚性，舷侧直立。C33=ρg ∫ bdξ（5）

3.航速适中且保持不变。A35=–∫ξa33dξ–UB33（6）

2

4.相比于波幅，船体运动很小且呈线性。ωe

B=–∫ ξbdξ+UA（7）

5.水深远大于波长。35