CN109408864A - 加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法和装置 - Google Patents

加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法和装置 Download PDF

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CN109408864A CN201811057090.2A CN201811057090A CN109408864A CN 109408864 A CN109408864 A CN 109408864A CN 201811057090 A CN201811057090 A CN 201811057090A CN 109408864 A CN109408864 A CN 109408864A
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Abstract

本申请涉及一种加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法和装置。所述加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法包括：根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程，根据结构动力学方程和流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型，通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报。上述加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，能够实现船舶运动的预报，并能保证预报的准确率。

Description

加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法和装置
技术领域
本申请涉及船舶运动预报技术领域，特别是涉及一种加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法和装置。
背景技术
随着载液船舶(例如，液化天然气船)的广泛应用，液舱晃荡、弹性液舱结构和船舶在波浪中运动响应之间的耦合作用受到广泛重视，可以通过研究加载弹性液舱的载液船舶在波浪中时域运动的三维全耦合问题对船舶运动进行预报。加载弹性液舱的载液船舶在波浪中时域运动的三维全耦合问题，在学术界往往被简化和分解为两个相对独立的耦合问题：“载液船舶在波浪中时域耦合运动问题”；以及“液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题”。
传统的方法在通过研究“液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题”对船舶的运动进行预报时，研究手段大多都采用已有的商业软件和模型实验。然而，传统的船舶运动预报方法无法实现预报。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种对船舶运动进行预报的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法和装置。
一种加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，所述方法包括：
根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程；其中有限元计算网格由弹性液舱划分得到，有限体积计算网格由所述弹性液舱所承载液体划分得到；
根据所述结构动力学方程和所述流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型；
通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报。
在一个实施例中，所述的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，在根据各个有限元求解弹性液舱壁的结构动力学方程，根据各个有限体积求解液舱晃荡时液舱所承载液体的运动方程之前，包括：
获取弹性液舱的第一物理参数和所述弹性液舱所承载液体的第二物理参数和液面高度；
根据所述第一物理参数将所述弹性液舱壁划分成多个有限元计算网格，根据所述液面高度和所述第二物理参数将弹性液舱所承载液体体积划分成多个有限体积计算网格。
在一个实施例中，所述的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，所述根据所述结构动力学方程和所述流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型，包括：
获取所述结构动力学方程以及所述流体运动方程的耦合界面边界条件；
根据所述结构动力学方程、所述流体运动方程以及所述耦合界面边界条件，构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型。
在一个实施例中，所述的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，所述通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报，包括：
构建载液船舶在波浪中时域运动问题的全耦合求解模型；
通过所述流固耦合问题求解模型和所述全耦合求解模型对船舶时域运动进行预报。
在一个实施例中，所述的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，所述构建载液船舶在波浪中时域运动问题的全耦合求解模型，包括：
获取载液船舶对应的时域势流边界积分方程、载液船舶所遇海况以及波浪参数；
根据所述时域势流边界积分方程、所述海况、波浪参数所述以及液舱所承载液体的运动方程，构建载液船舶在波浪中时域运动问题的全耦合求解模型。
在一个实施例中，所述的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，所述通过所述流固耦合问题求解模型和所述全耦合求解模型对船舶时域运动进行预报，包括：
将液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题对应的第一模型试验数据代入所述流固耦合问题求解模型进行验证；
将载液船舶在波浪中时域耦合运动问题对应的第二模型试验数据代入所述全耦合求解模型进行验证；
当所述第一模型实验数据与所述流固耦合问题求解模型吻合，所述第二模型实验数据与所述全耦合求解模型吻合时，通过所述流固耦合问题求解模型和所述全耦合求解模型对船舶运动进行预报。
在一个实施例中，所述的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，还包括：
根据加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动的预报为所述船舶的结构设计提供参考。
一种船舶运动预报装置，包括：
第一构建模块，用于根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程；其中有限元计算网格由弹性液舱划分得到，有限体积计算网格由所述弹性液舱所承载液体划分得到；
第二构建模块，用于根据所述结构动力学方程和所述流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型；
预报模块，用于通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程；其中有限元计算网格由弹性液舱划分得到，有限体积计算网格由所述弹性液舱所承载液体划分得到；
根据所述结构动力学方程和所述流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型；
通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程；其中有限元计算网格由弹性液舱划分得到，有限体积计算网格由所述弹性液舱所承载液体划分得到；
根据所述结构动力学方程和所述流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型；
通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报。
本申请实施例中的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法、装置、计算机设备和存储介质，根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程，根据结构动力学方程和流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型，通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报，自主开发了三维液舱晃荡与弹性液舱流固耦合分区域求解数值模型，可以实现船舶运动的预报，并能保证预报的准确率。
附图说明
图1为一个实施例中加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法的应用环境图；
图2为一个实施例中加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法的流程示意图；
图3为另一个实施例中加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法的流程示意图；
图4为一个实施例中加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报装置的结构框图；
图5为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，终端102与服务器104通过网络进行通信。其中，终端102可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备，服务器104可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，以该方法应用于图1中的服务器为例进行说明，包括以下步骤：
步骤202，根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程；其中有限元计算网格由弹性液舱划分得到，有限体积计算网格由弹性液舱所承载液体划分得到；
对于上述步骤，为了求解液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题，可以先获取弹性液舱对应的弹性结构动力学方程和液舱晃荡对应的纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokesequations，N-S方程)，可以根据有限元法求解弹性结构动力学方程，根据有限体积法求解N-S方程。
步骤204，根据结构动力学方程和流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型；
通过弹性结构动力学方程涉和N-S方程构建流固耦合问题求解模型时，在耦合界面可以进行common refinement非匹配网格耦合界面的数据传输，可以通过流固耦合分区域强耦合方法，并采用信息传递接口(Message-Passing Interface，MPI)并行计算，求解上述流固耦合问题求解模型。
步骤206，通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报。
流固耦合问题求解模型即三维液舱晃荡与弹性液舱流固耦合分区域求解数值模型，可以对液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题进行求解。
上述实施例，根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程，根据结构动力学方程和流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型，通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报，自主开发了三维液舱晃荡与弹性液舱流固耦合分区域求解数值模型，可以实现船舶运动的预报，并能保证预报的准确率。
在一个实施例中，在步骤202之前，可以执行以下步骤：获取弹性液舱的第一物理参数和弹性液舱所承载液体的第二物理参数和液面高度；根据第一物理参数将弹性液舱壁划分成多个有限元计算网格，根据液面高度和第二物理参数将弹性液舱所承载液体体积划分成多个有限体积计算网格。
在上述实施例中，弹性液舱壁的第一物理参数可以是舱壁的材质的物理属性，给定液舱内液面高度，并给定舱壁的材质的物理属性，进而给定船舶航行时的环境变量。
上述实施例，根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程，根据结构动力学方程和流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型，通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报，自主开发了三维液舱晃荡与弹性液舱流固耦合分区域求解数值模型，可以实现船舶运动的预报，并能保证预报的准确率。
在一个实施例中的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，步骤204包括：获取结构动力学方程以及流体运动方程的耦合界面边界条件；根据结构动力学方程、流体运动方程以及耦合界面边界条件，构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型。
在上述实施例中，晃荡液体和弹性液舱作为不同的求解区域，相接触的边界数据通过耦合界面在每一个计算时间步内相互传输，进而作为另一方的边界条件。
上述实施例，根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程，根据结构动力学方程和流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型，通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报，自主开发了三维液舱晃荡与弹性液舱流固耦合分区域求解数值模型，可以实现船舶运动的预报，并能保证预报的准确率。
在一个实施例中的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，步骤206包括：构建载液船舶在波浪中时域运动问题的全耦合求解模型；通过流固耦合问题求解模型和全耦合求解模型对船舶时域运动进行预报。
在上述实施例中，在自主开发的三维液舱晃荡与弹性液舱流固耦合分区域求解数值模型的基础上，进一步结合载液船舶在波浪中时域耦合运动问题，建力加载弹性液舱的载液船舶在波浪中时域耦合运动问题的数值模型与分析方法，探讨与分析液舱的结构弹性对载液船舶在波浪中运动响应的影响规律，以及外部波浪环境与航速对液舱舱壁上的晃荡压力和应变分布所带来的影响。
上述实施例，根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程，根据结构动力学方程和流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型，通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报，自主开发了三维液舱晃荡与弹性液舱流固耦合分区域求解数值模型，可以实现船舶运动的预报，并能保证预报的准确率。
在一个实施例中，构建载液船舶在波浪中时域运动问题的全耦合求解模型，可以通过以下步骤构建：获取载液船舶对应的时域势流边界积分方程、载液船舶所遇海况以及波浪参数；根据时域势流边界积分方程、海况、波浪参数以及液舱所承载液体的运动方程，构建载液船舶在波浪中时域运动问题的全耦合求解模型。
对于载液船舶在波浪中时域耦合运动问题可以看成船舶在波浪上时域运动问题与液舱晃荡问题的结合，船舶在波浪上时域运动可以通过边界元法求解势流边界积分方程，液舱晃荡问题可以通过有限体积法求解N-S方程。也可以通OpenMP和MPI并行技术加速数值计算过程。
上述实施例，根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程，根据结构动力学方程和流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型，通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报，自主开发了三维液舱晃荡与弹性液舱流固耦合分区域求解数值模型，可以实现船舶运动的预报，并能保证预报的准确率。
在一个实施例中，通过流固耦合问题求解模型和全耦合求解模型对船舶时域运动进行预报，可以通过以下步骤实现：将液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题对应的第一模型试验数据代入流固耦合问题求解模型进行验证；将载液船舶在波浪中时域耦合运动问题对应的第二模型试验数据代入全耦合求解模型进行验证；当第一模型实验数据与流固耦合问题求解模型吻合，第二模型实验数据与全耦合求解模型吻合时，通过流固耦合问题求解模型和全耦合求解模型对船舶运动进行预报。在传统的运动预报方法中，研究船舶在波浪中的时域运动时，无法考虑液舱结构弹性的影响，只能将液舱舱壁简化假设为刚性壁面来处理。建立虑及液舱弹性变形的载液船舶在波浪中时域运动方程，是研究加载弹性液舱的载液船舶在波浪中运动响应问题的关键，有利于更加透彻的了解液舱晃荡—弹性液舱—船舶时域运动之间的耦合机制。
在上述实施例中，可以获取流固耦合问题求解模型对应的液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合求解器，获取全耦合求解模型对应的载液船舶在波浪上运动求解器，再将实验数据分别代入上述两个求解器中进行验证，若吻合，则将“液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题”与“载液船舶在波浪中时域耦合运动问题”进行耦合，对船舶运动进行预报。
上述实施例，根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程，根据结构动力学方程和流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型，通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报，自主开发了三维液舱晃荡与弹性液舱流固耦合分区域求解数值模型，可以实现船舶运动的预报，并能保证预报的准确率。
在一个实施例中的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，还可以包括以下步骤：根据加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动的预报为船舶的结构设计提供参考。
在液舱晃荡和弹性液舱的流固耦合问题数值研究中，很难完整地考虑实际工程问题中，外部波浪作用下船体六自由度运动、航速、以及加载多个液舱等情况，所得到的结果与实际工况存在较大差异。因此，准确有效地建立波浪和航速对液舱舱壁上晃荡压力和结构应变分布影响的分析方法，是寻找虑及外部波浪和航速时，液舱舱壁上晃荡压力与应变分布的变化规律，以及每个弹性液舱中最大应变位置的变化规律的关键，有利于船舶的安全性设计。
在一个实施例中，如图3所示，可以采用Fortran语言和C++语言，在Linux平台上开发了相关数值预报方法。对于“液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题”可以通过以下步骤获取液舱晃荡与弹性液舱的流固耦求解器：对于弹性液舱，根据有限元法求解弹性液舱壁的结构动力学方程；对于液舱晃荡，根据有限体积法求解N-S方程。在耦合界面进行commonrefinement非匹配网格耦合界面的数据传输，通过流固耦合分区域强耦合方法，并采用MPI并行计算，获取液舱晃荡与弹性液舱的流固耦求解器。对于“载液船舶在波浪中时域耦合运动问题”可以通过以下步骤获取载液船舶在波浪中时域耦合运动求解器：对于船舶在波浪上的时域运动，根据边界元法求解势流边界积分方程；对于液舱晃荡，根据有限体积法求解N-S方程，并分别使用OpenMP和MPI并行计算，获取载液船舶在波浪中时域耦合运动求解器；若载液船舶在波浪中时域耦合运动求解器与载液船舶在波浪中时域耦合运动求解器的实验数据验证都吻合，则加载三维弹性液舱的载液船舶在波浪中时域运动的全耦合问题，将弹性液舱、液舱晃荡预计波浪和航速问题都进行耦合，并通过全耦合数值模型和全耦合分析方法，为载液船舶的设计提供参考。
上述实施例，采用理论分析结合数值模拟的方法来开发，将粘性流体的N-S方程、弹性体结构动力学方程、船舶在波浪中运动的时域势流理论相结合，并基于有限元法、有限体积法、边界元法，采用Fortran语言和C++语言，在Linux平台上开发了相关数值预报方法。针对不同数值求解方法，分别使用Open MP和MPI并行技术加速数值计算过程。能够将不同理论与方法高效有机的结合，进而对液化天然气船的运动进行精准的预报。攻克了载液船舶(例如，液化天然气船)的设计难题，进一步提高液化天然气船的安全性，提升国内造船行业的技术实力提供了有力的技术支撑。
应该理解的是，虽然图2-3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种船舶运动预报装置，包括
第一构建模块402，用于根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程；其中有限元计算网格由弹性液舱划分得到，有限体积计算网格由弹性液舱所承载液体划分得到；
第二构建模块406，用于用于根据结构动力学方程和流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型；
预报模块408，用于通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报。
关于船舶运动预报装置的具体限定可以参见上文中对于船舶运动预报方法的限定，在此不再赘述。上述船舶运动预报装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
需要说明的是，本发明实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或(模块)单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储船舶运动预报数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种船舶运动预报方法。
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程；其中有限元计算网格由弹性液舱划分得到，有限体积计算网格由弹性液舱所承载液体划分得到；
根据结构动力学方程和流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型；
通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程；其中有限元计算网格由弹性液舱划分得到，有限体积计算网格由弹性液舱所承载液体划分得到；
根据结构动力学方程和流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型；
通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(S5nchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，其特征在于，包括：
根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程；其中有限元计算网格由弹性液舱划分得到，有限体积计算网格由所述弹性液舱所承载液体划分得到；
根据所述结构动力学方程和所述流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型；
通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报。
2.根据权利要求1所述的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，其特征在于，在根据有限元法求解弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法求解液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程之前，包括：
获取弹性液舱的第一物理参数和所述弹性液舱所承载液体的第二物理参数和液面高度；
根据所述第一物理参数将所述弹性液舱壁划分成多个有限元计算网格，根据所述液面高度和所述第二物理参数将弹性液舱所承载液体体积划分成多个有限体积计算网格。
3.根据权利要求1或2所述的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，其特征在于，所述根据所述结构动力学方程和所述流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型，包括：
获取所述结构动力学方程以及所述流体运动方程的耦合界面边界条件；
根据所述结构动力学方程、所述流体运动方程以及所述耦合界面边界条件，构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型。
4.根据权利要求1或2所述的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，其特征在于，所述通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报，包括：
构建载液船舶在波浪中时域运动问题的全耦合求解模型；
通过所述流固耦合问题求解模型和所述全耦合求解模型对船舶时域运动进行预报。
5.根据权利要求4所述的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，其特征在于，所述构建载液船舶在波浪中时域运动问题的全耦合求解模型，包括：
获取载液船舶对应的时域势流边界积分方程、载液船舶所遇海况以及波浪参数；
根据所述时域势流边界积分方程、所述海况、波浪参数所述以及液舱所承载液体的运动方程，构建载液船舶在波浪中时域运动问题的全耦合求解模型。
6.根据权利要求4所述的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，其特征在于，所述通过所述流固耦合问题求解模型和所述全耦合求解模型对船舶时域运动进行预报，包括：
将液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题对应的第一模型试验数据代入所述流固耦合问题求解模型进行验证；
将载液船舶在波浪中时域耦合运动问题对应的第二模型试验数据代入所述全耦合求解模型进行验证；
当所述第一模型实验数据与所述流固耦合问题求解模型吻合，所述第二模型实验数据与所述全耦合求解模型吻合时，通过所述流固耦合问题求解模型和所述全耦合求解模型对船舶运动进行预报。
7.根据权利要求1或2所述的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法，其特征在于，还包括：
根据加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动的预报为所述船舶的结构设计提供参考。
8.一种加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报装置，其特征在于，包括：
第一构建模块，用于根据有限元法构建弹性液舱的结构动力学方程，根据有限体积法构建液舱晃荡时液舱所承载液体的流体运动方程；其中有限元计算网格由弹性液舱划分得到，有限体积计算网格由所述弹性液舱所承载液体划分得到；
第二构建模块，用于根据所述结构动力学方程和所述流体运动方程构建液舱晃荡与弹性液舱的流固耦合问题求解模型；
预报模块，用于通过流固耦合问题求解模型对液舱晃荡问题与液舱弹性变形进行预报。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的加载弹性液舱的船舶时域全耦合运动预报方法的步骤。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110321600A (zh) * 2019-06-13 2019-10-11 中国舰船研究设计中心 船舶液舱三维模型快速生成方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103984793A (zh) * 2014-03-21 2014-08-13 上海交通大学 考虑液舱晃荡影响的flng运动预报方法
US20150020604A1 (en) * 2011-10-24 2015-01-22 Michael Myungsub Lee Apparatus and method for measuring the sloshing in the cargo tank of a liquefied natural gas carrier
CN106547944A (zh) * 2016-09-27 2017-03-29 大连理工大学 一种抑制可压缩两相流晃荡的隔板优化方法
CN107436981A (zh) * 2017-07-27 2017-12-05 中国人民解放军后勤工程学院 车载金属油罐内部油料晃动数值模型的建立方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150020604A1 (en) * 2011-10-24 2015-01-22 Michael Myungsub Lee Apparatus and method for measuring the sloshing in the cargo tank of a liquefied natural gas carrier
CN103984793A (zh) * 2014-03-21 2014-08-13 上海交通大学 考虑液舱晃荡影响的flng运动预报方法
CN106547944A (zh) * 2016-09-27 2017-03-29 大连理工大学 一种抑制可压缩两相流晃荡的隔板优化方法
CN107436981A (zh) * 2017-07-27 2017-12-05 中国人民解放军后勤工程学院 车载金属油罐内部油料晃动数值模型的建立方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李裕龙: "液舱晃荡与船舶时域运动全耦合的势粘流组合数值模拟", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
骆阳: "考虑液舱晃荡影响的浮式生产储油轮波浪响应研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110321600A (zh) * 2019-06-13 2019-10-11 中国舰船研究设计中心 船舶液舱三维模型快速生成方法
CN110321600B (zh) * 2019-06-13 2023-01-10 中国舰船研究设计中心 船舶液舱三维模型快速生成方法

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