系泊型浮体运动的无网格法数值模型

摘要：针对系泊型浮体在运动中可能出现的绳索保持绷紧、由绷紧变松弛、保持松弛和由松弛变绷紧等4种状态，基于移动粒子半隐式法基本流固耦合模型，提出了一种刚体运动状态判定机制。对浮体受到绳索牵引而运动受限的情况提出了一种处理方法：按体积分的形式计算流体对浮体的压力、重力和它们的力矩，求解刚体动量方程和转动量方程得到浮体的速度和角速度，浮体因受到绳索作用而径向速度降为零，浮体以切向速度绕绳索固定端旋转。对用单绳系泊的二维浮体在孤立波中的运动进行了数值模拟，捕捉到了上述4种运动状态，可以观测到绳索保持绷紧时绳索与浮体的固连点的轨迹为一段圆弧。同时，浮体在水平、竖直和转动方向3个自由度的运动信息均可以从计算结果中提取研究。数值模拟结果符合物理原理，模型的建立扩展了移动粒子半隐式法的应用范围，为模拟固体运动受限制的流固耦合问题提供了思路。

关键词：系泊；浮体；移动粒子半隐式法；流固耦合

中图分类号：O351.2 文献标志码：A

文章编号：0253-987X（2015）03-0062-05