海洋结构物波浪砰击的数值研究综述

张念凡, 肖龙飞, 陈刚

A Review of Numerical Studies of Wave Impacts on Marine Structures

ZHANG Nianfan, XIAO Longfei, CHEN Gang

表1 不同数值方法的优缺点和适用范围

Tab.1 Advantages, disadvantages, and applicability of different numerical methods

数值方法 优点 缺点 适用范围 BEM ①降低了求解问题的维数,减小计算量 ②能够方便地处理无界区域问题 ③求解精度较高 ①难以求解非线性问题 ②需要找到合适的格林函数 一般用于求解线性水动力问题 FDM ①形式简单,适用性强 ②容易构造出高精度格式 对于复杂流体区域的边界形状处理不方便,计算精度易受影响 主要适用于结构网格 FEM ①受求解区域单元形状划分的限制低 ②灵活性强,应用范围广 ①求解复杂问题的耗时长,对计算资源要求高 ②无法较好地处理无界区域问题 适用于处理具有复杂几何边界的流场及复杂因素(材料、边界条件)的组合问题 FVM ①离散方程具有很好的守恒性 ②对网格的适应性强 ③在流固耦合分析中,能够与有限元法较好地结合 形式复杂,不易提高计算精度 适用于流场有大梯度或间断的流动 SPH ①能够更好地模拟自由表面流动 ②计算精度不受网格质量的限制 ③对介质的连续性不要求 ①边界条件的施加存在难度 ②存在非物理性振荡问题 适用于强对流、大变形、高能量流动问题 MPS ①算法简洁高效,数值收敛性好 ②能够与其他网格方法耦合使用 ③无需考虑网格划分问题 存在压力振荡现象 适用于自由面大变形流动等问题