基于聚类分析的波浪散布图组块自动划分方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111738593A(43)申请公布日2020.10.02(21)申请号202010571415.X(22)申请日2020.06.22(71)申请人中国海洋大学地址266000山东省青岛市崂山区松岭路238号(72)发明人杜君峰李华军王树青宋宪仓常安腾王俊荣(74)专利代理机构青岛中天汇智知识产权代理有限公司37241代理人王丹丹刘晓(51)Int.Cl.G06Q10/06(2012.01)G06K9/62(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称基于聚类分析的波浪散布图组块自动划分方法(57)摘要本发明公开一种基于聚类分析的波浪散布图组块自动划分方法，以聚类分析方法为基础，通过定义矩距离将每一个波浪工况划分至最合适的组块里，克服目前人为组块划分的随意性和盲目性；并结合组块等效波浪要素的求解分析方法，给出了疲劳损伤评估的误差评估分析策略，在保障疲劳损伤评估精度的同时给出最优的波浪散布图组块划分方法，即满足疲劳损伤评估精度的基础上最大程度地提升时域疲劳评估方法的计算效率，可进一步推动时域疲劳评估方法在工程中的推广应用。CN111738593ACN111738593A权利要求书1/2页1.基于聚类分析的波浪散布图组块自动划分方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、设组块数目为n，n＞1，基于聚类分析方法进行波浪散布图的组块划分：步骤A1、在波浪散布图范围内，任意给出n对波浪要素作为n个聚类中心；步骤A2、分别计算波浪散布图中所有波浪工况与n个聚类中心的矩距离，将这些波浪工况划分到与它矩距离最近的那一聚类中心组，即将所有的波浪工况分为了n个组块，第j个组块所包含的波浪工况数目记为Nj(j＝1，2，...，n)，其所包含的各波浪工况编号记为ji，i＝1，2，...，Nj；步骤A3、分别获得n个组块的等效波浪要素：Hseqj＝3.9953m0eqj其中，peqj、Hseqj、Tzeqj和m0eqj分别对应的表示第j个组块的等效波浪工况的发生概率、有效波高、跨零周期和波浪谱零阶矩；pji、Tzji、m0ji分别对应的表示第j个组块中第i个工况的发生概率、跨零周期和波浪谱零阶矩；m为S-N曲线的斜率参数；步骤A4、以上述n个组块的等效波浪要素代替n个聚类中心，按照步骤A2对波浪散布图中的波浪工况再次进行聚类分组；对比此次波浪散布图的组块划分与上次的分组情况，如果两次分组完全相同，组块划分工作停止；如果分组情况有变化，返回至步骤A3；步骤B、针对每个组块j，分析获得该组块中波浪工况距离等效波浪要素的矩距离dj，并估算当前波浪散布图组块划分方式下结构疲劳损伤的评估误差E’；步骤C、判断疲劳损伤评估误差E’是否满足要求，如果满足，则波浪散布图组块划分数目及等效波浪要素采用步骤A的计算结果；如果疲劳损伤评估误差不满足要求，则判断目前的组块数目加1是否比波浪散布图中波浪工况数目小：若不是，则直接将整个波浪散布图划分为N个组块，即每个组块仅包含1个波浪工况；若是，则返回至步骤A。2.根据权利要求1所述的基于聚类分析的波浪散布图组块自动划分方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括：步骤A’、将组块数目设为1，依据等效方法分析获得等效波浪要素；步骤B’、基于各波浪工况发生频率，估计波浪散布图中的所有波浪工况与等效波浪要素之间的矩距离d；步骤C’、依据矩距离与疲劳评估误差之间的关系，估计此时等效波浪工况对结构疲劳损伤的评估误差E；步骤D’、判断评估误差E是否满足给定要求，如果满足，则整个波浪散布图组块划分完成；如果不满足给定要求，将组块分块数目增加1，则执行步骤A；2CN111738593A权利要求书2/2页3.根据权利要求1所述的基于聚类分析的波浪散布图组块自动划分方法，其特征在于：所述步骤A’中，获得等效波浪要素主要包括以下步骤：a)获得等效波浪频率peg：其中，pi为第i个波浪工况的发生概率，N为波浪散布图所包含波浪工况的总数；b)获得等效有效波高Hseq：Hseq＝3.9953m0eq其中，m0i为第i个波浪工况的波浪谱的零阶矩，Sηi为第i个波浪工况的波面谱函数，ω为变量频率，m0eq为等效波浪工况的零阶矩，m为S-N曲线的斜率参数；c)获得等效跨零周期Tzeq：4.根据权利要求3所述的基于聚类分析的波浪散布图组块自动划分方法，其特征在于：所述步骤B’中，矩距离的定义方式如下：5.根据权利要求1所述的基于聚类分析的波浪散布图组块自动划分方法，其特征在于：所述步骤C’中，评估误差E为：E＝Ad+B其中，A、B为通过最小二乘法拟合得到的系数，表达疲劳损伤评估误差与矩距离之间的线性关系。6.根据权利要求1所述的基于聚类分析的波浪散布图组块自动划分方法，其特