The Nonlinear Motions of Cylinders(I)

주상체의 비선형 운동(I) -강제동요문제, 조파저항문제-

In the present work, a two-dimensional boundary-value problem for a large amplitude motion is treated as an initial-value problem by satisfying the exact body-boundary and nonlinear free-surface boundary conditions. The present nonlinear numerical scheme is similar to that described by Vinje and Brevig(1981) who utilized the Cauchy's theorem and assumed the periodicity in the horizontal coordinate. In the present thesis, however, the periodicity in the horizontal coordinate is not assumed. Thus the present method can treat more realistic problems, which allow radiating waves to infinities. In the present method of solution, the original infinite fluid domain, is divided into two subdomains ; ie the inner and outer subdomains which are a local nonlinear subdomain and the truncated infinite linear subdomain, respectively. By imposing an appropriate matching condition, the computation is carried out only in the inner domain which includes the body. Here we adopt the nonlinear scheme of Vinje & Brevig only in the inner domain and respresent the solution in the truncated infinite subdomains by distributing the time-dependent Green function on the matching boundaries. The matching condition is that the velocity potential and stream function are required to be continuous across the matching boundary. In the computations we used, if necessary, a regriding algorithm on the free surface which could give converged stable solutions successfully even for the breaking waves. In harmonic oscillation problem, each harmonic component and time-mean force are obtained by the Fourier transform of the computed forces in the time domain. The numerical calculations are made for the following problems. $\cdot$ Forced harmonic large-amplitude oscillation(${\omega}{\neq}0,\;U=0$) $\cdot$ Translation with a uniform speed(${\omega}=0,\;U{\neq}0$) The computed results are compared with available experimental data and other analytical results.

본 논문은 2차원 자유표면파문제에서 시간영역해법을 이용하여 2차원 운동문제에 적용할 수 있는 수치해석을 하였다. 경계조건으로는 엄밀한 물체표면 경계조건과 비선형 자유표면경계 조건을 부과했다. 수치해를 구하는데는 코시이론을 이용하여 제2종 프레드흘름 경계적분방정식을 도출하고 이를 이산화시켜 처리하였다. 수치계산을 위해 전영역을 유한한 영역으로 제한하여야 한다. 제한된 영역에서 방사해의 부과를 위해 전영역을 수치해석영역과 외부영역으로 나누고, 외부영역의 해는 그린 제2정리를 이용하고, 선형자유표면조건을 만족하는 과도그린함수를 사용한다. 위의 그린 제2정리를 이용한 식으로 부터 초기조건, 선형 자유표면조건, 무한원방조건을 이용하여 단순화시킨 다음 포텐셜과 유동함수의 관계식으로 치환하면 비선형해와 정합할 수 있는 정합행렬을 구할 수 있다. 본 논문에서 개발한 정합방법을 이용하여 적용할 문제로서 첫째는 주상체가 상하동요, 수평동요하는 경우 계산이고 두번째로는 수면하에서 타원형실린더가 일정속도로 항진할 때 계산을 수행한 결과를 고차스펙트럴방법과 비교하였다.