中文摘要：

波浪拍击问题一直是水动力学研究的热点和难点问题，是甲板上浪、船艏砰击和大幅液舱晃荡的理论基础，为船舶与海洋结构物的设计和维护提供重要参考。但是，目前采用的数值方法由于网格生成和变形的复杂性，对于该问题的研究还十分有限。近年来无网格方法引起学术界的广泛关注，无网格方法依靠其独特的优势，在该研究领域得到了一些可信的计算结果。深入研究发现，无网格方法在粒子不规则分布时核近似精度降低，粒子系统能量守恒性较差，压力场结果存在伪振动现象等若干缺点。针对以上不足，本课题通过多种高精度核近似方法比较，提出最优核近似方法。采用Rankine源方法对压力的Poisson方程进行降阶处理，提高压力结果的稳定性。在相匹配的精细固壁边界和自由表面边界处理方法上，结合有关变量的光顺技术，得到稳定可靠的高精度SPH方法。与典型波浪拍击实验结果比较，对改进SPH方法的可靠性进行验证，对波浪拍击的水动力学机理进行量化研究。

结论摘要：

通过对传统SPH方法进行比较，充分发现传统SPH方法的核近似精度较差，并且压力的时间历程存在比较严重的伪振荡现象。本研究项目采用完全不可压缩SPH方法，结合Rankine源降阶技术，得到新一代的ISPH_R方法。该方法可以通过引入适当的Rankine源函数，对传统ISPH方法的二阶Poisson方程进行降阶处理，一方面可以避免求解压力的二阶导数，另一方面可以采用适当的半解析方法对压力和速度的零阶函数进行离散。这样可以提高压力求解的稳定性，并且通过增加单步时间步长，提高新方法的计算效率。针对新SPH方法,本研究项目还对自由表面边界，固壁边界处理，高精度的核近似方法进行详细分析，分别提出新的自由表面边界标定方法，单列固壁边界处理方法，简化的高阶精度核近似方法。 通过本研究项目，开展了入射波为孤立波的条件下，对不同角度斜坡(30度，60度，90度，120度，150度)的波浪冲击问题进行实验研究。对孤立波的波高和斜坡表面的十个关键压力点的结果进行测量。针对不同的水深，不同的孤立波波高，不同的斜坡位置，开展一系列的研究。一方面得到不同角度斜坡的压力变化规律，另一方面能够为数值计算结果提供可靠的验证标准。 最后通过一系列经典的数值计算模型，例如溃坝模拟，液舱晃荡问题，对数值结果的精度进行验证。通过对给定工况的孤立波的爬升问题计算，得到波浪拍击问题的波形变化和关键点的压力分布结果。与实验结果的对比可得，自由表面的波形和压力计算时间历程可以获得比较理想的状态。比较不同斜坡角度，不同水深情况的计算结果，对波浪拍击的部分特点进行总结，为工程实际设计提供必要的参考。 截至到项目结题，根据本项目的研究内容，发表文章9篇，其中5篇EI，3篇SCI,其中2篇SCI已录用,1篇Journal of Computational Physics的文章已经完成一审的修改工作。出国访问交流1次, 参加国际会议1次，参加国内会议2次。此外还有大量的研究成果等待整理和发表。该项目的研究成果为开展更加复杂的波浪拍击问题研究打下良好的基础。