船舶在波浪中航行,由于受到波浪的扰动,船体会发生复杂的运动。如将船体看作刚体,则这种复杂的运动可分解为横摇、纵摇、首摇和纵荡、横荡、垂荡六种运动。对于船舶摇荡问题的研究,确定其水动力系数非常关键。很多学者对船体振荡水动力系数做过大量的研究和分析。但由于种种原因得到的结果不尽相同,因而对于流体动力系数还有必要作进一步的研究和探索。计算流体动力系数的方法通常有三种:边界元法、保角变换法和有限单元法。 本论文采用有限元方法分别计算了船体在做升沉、横荡、横摇运动时的水动力系数,包括附加质量系数和阻尼系数。首先给出了近水船体在做横荡、升沉、横摇三种运动时的流体动力系数计算公式,主要是附加质量系数和阻尼系数。然后对有限元方法的各个解题步骤进行了详细的推导,进而运用有限元方法,分别计算单体和双体在上述三种运动状态下的附加质量系数和阻尼系数。由于船体的附加质量和阻尼可通过剖面的附加质量和阻尼沿船长积分而得到,所以这里计算的均为二维剖面的附加质量和阻尼。最后本文比较了不同网格划分下的不同计算结果,力图找到最佳的网格划分方法,同时也对不同计算区域选取的计算结果进行了比较分析。文中分别计算了单圆柱、双圆柱、单方柱、双方柱、双三棱柱体在升沉、横摇、横荡运动时的附加质量系数和阻尼系数,比较了不同网格划分和不同计算区域下的计算结果。对于双体船型,还考虑了双体间不同距离对计算结果的影响。 使用有限元法求解流场的偏微分方程时,在单元划分上,为了更好的拟合边界条件,文中采用八结点等参单元。在域内使用伽辽金加权余量法,免去求取泛函的麻烦,取插值函数本身作为权函数,对拉普拉斯方程在全域内进行积分。具体积分时采用Gauss数值积分,选取三个高斯点。文中程序均由FORTRAN语言编写。为了节省存储空间和计算时间,所有矩阵均采用一维存储。