This study deals with wave-induced unsteady pressure on a ship moving with a constant forward speed in regular head waves. Two different numerical methods are applied to solve wave–ship interaction problems: a Rankine panel method which adopts velocity potential, and a Cartesian-grid method which solves the momentum and mass conservation equations under the assumption of inviscid and incompressible fluids. Before comparing l1ocal pressure distributions, the computational methods are validated for global quantities, such as ship motion responses and added resistance, by comparison with available experimental data. Then, the computational results and experimental data are compared for hydrodynamic pressure, particularly focusing on the magnitude of the first-harmonic component in different sections and vertical locations. Furthermore, the Cartesian-grid method is used to simulate the various wave-amplitude conditions, and the characteristics of the zeroth-, first-, and second-harmonic components of wave-induced pressure are investigated. The nonlinearity of pressure distribution is observed mostly from the pressure near the still-water-level of the ship bow and the normalized first-harmonic component of wave-induced pressure decreases as the wave steepness increases. Lastly, to understand the local characteristics of wave-induced unsteady pressure, the time-averaged added pressure and added local force are analyzed. It is found that the major contribution of the time-averaged added local force that occurs around the ship stem above the design waterline.

中文翻译：

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前进波头波中散货船非定常压力分布的数值研究

这项研究处理了在规则的头波中，以恒定的前进速度移动的船舶上由波浪引起的非恒定压力。两种不同的数值方法被用来解决波浪-船体相互作用的问题：采用速度势的兰金面板法和在无粘性和不可压缩流体的假设下求解动量和质量守恒方程的笛卡尔网格方法。在比较局部压力分布之前，通过与可用的实验数据进行比较，对计算方法进行了全局验证，例如船舶运动响应和附加阻力。然后，比较流体动力压力的计算结果和实验数据，特别是侧重于不同截面和垂直位置的一次谐波分量的大小。此外，用笛卡尔网格方法模拟了各种波幅条件，并研究了波感应压力的零，第一和第二谐波分量的特性。压力分布的非线性主要是从船首静水位附近的压力观察到的，并且随着波浪陡度的增加，波浪感应压力的标准化第一谐波分量减小。最后，为了了解波浪引起的非定常压力的局部特征，分析了时间平均附加压力和附加局部力。发现在设计水线以上的船干周围发生的时间平均附加局部力的主要贡献。研究了波浪引起压力的二次谐波分量。压力分布的非线性主要是从船首静水位附近的压力观察到的，并且随着波浪陡度的增加，波浪感应压力的标准化第一谐波分量减小。最后，为了了解波浪引起的非定常压力的局部特征，分析了时间平均附加压力和附加局部力。发现在设计水线以上的船干周围发生的时间平均附加局部力的主要贡献。研究了波浪引起压力的二次谐波分量。压力分布的非线性主要是从船首静水位附近的压力观察到的，并且随着波浪陡度的增加，波浪感应压力的标准化第一谐波分量减小。最后，为了了解波浪引起的非定常压力的局部特征，分析了时间平均附加压力和附加局部力。发现在设计水线以上的船干周围发生的时间平均附加局部力的主要贡献。压力分布的非线性主要是从船首静水位附近的压力观察到的，并且随着波浪陡度的增加，波浪感应压力的标准化第一谐波分量减小。最后，为了了解波浪引起的非定常压力的局部特征，分析了时间平均附加压力和附加局部力。发现在设计水线以上的船干周围发生的时间平均附加局部力的主要贡献。压力分布的非线性主要是从船首静水位附近的压力观察到的，并且随着波浪陡度的增加，波浪感应压力的标准化第一谐波分量减小。最后，为了了解波浪引起的非定常压力的局部特征，分析了时间平均附加压力和附加局部力。发现在设计水线以上的船干周围发生的时间平均附加局部力的主要贡献。