浮式海洋结构物瞬态动力响应的频域计算方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115292930A(43)申请公布日2022.11.04(21)申请号202210933928.X(22)申请日2022.08.04(71)申请人中国海洋大学地址266003山东省青岛市崂山区松岭路238号(72)发明人孙金伟刘福顺邵萌(74)专利代理机构青岛清泰联信知识产权代理有限公司37256专利代理师张媛媛(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书3页说明书9页附图4页(54)发明名称浮式海洋结构物瞬态动力响应的频域计算方法(57)摘要本发明提供一种浮式海洋结构物瞬态动力响应的频域计算方法，包括以下步骤：S1：对浮式海洋结构水动力系统进行因果化处理，确定因果化浮式海洋结构水动力系统的频率响应函数；S2：基于频率响应函数，进行傅里叶逆变换和拉普拉斯变换，构建因果化浮式海洋结构水动力系统传递函数的极点‑留数模型；S3：基于所述的极点‑留数模型，通过极点‑留数代数运算确定因果化浮式海洋结构时变动力响应；S4：对因果化浮式海洋结构时变动力响应进行时移，获得实际非因果浮式海洋结构响应时程。本发明通过极点‑留数代数运算求解响应，得到以复指数形式表征的浮式结构瞬态与稳态响应解析解，具有高精度、高效率的技术特点。CN115292930ACN115292930A权利要求书1/3页1.一种浮式海洋结构物瞬态动力响应的频域计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对浮式海洋结构水动力系统进行因果化处理，确定因果化浮式海洋结构水动力系统的频率响应函数Hc(ω)；S2：基于水动力系统的频率响应函数，进行傅里叶逆变换和拉普拉斯变换，构建因果化浮式海洋结构水动力系统传递函数的极点留数模型S3：基于所述的极点留数模型，通过极点‑留数代数运算确定因果化浮式海洋结构时变动力响应xc(t)；S4：对因果化浮式海洋结构时变动力响应进行时移，获得实际非因果浮式海洋结构响应时程x(t)。2.如权利要求1所述的浮式海洋结构物瞬态动力响应的频域计算方法，其特征在于，确定因果化浮式海洋结构水动力系统的频率响应函数Hc(ω)的步骤包括：采用势流理论计算浮式海洋结构系统频率响应函数H(ω)；对频率响应函数H(ω)进行傅里叶逆变换，获得浮式海洋结构系统脉冲响应函数h(t)：其中，π是圆周率，ω是圆频率，t是时间，i是虚数，e是欧拉数，eiωt是复指数函数；基于脉冲响应函数h(t)，计算得到因果化浮式海洋结构系统脉冲响应函数hc(t)：ch(t)＝h(t‑tc)；其中，tc为因果化时间，满足当t＜tc时，h(t)取值为零或近似为零；cc基于h(t)＝h(t‑tc)，对h(t)进行傅里叶变换，得到因果化浮式海洋结构系统频响函数Hc(ω)：3.如权利要求2所述的浮式海洋结构物瞬态动力响应的频域计算方法，其特征在于，构建因果化浮式海洋结构水动力系统传递函数的极点留数模型的步骤包括：基于频率响应函数H(ω)计算浮式海洋结构的离散频率响应函数基于离散频率响应函数确定因果化浮式海洋结构的离散频率响应函数其中，是第n个离散频率值，n为频率序号，为频率分辨率，Nn为离散频率个数；对进行傅里叶逆变换，得到因果化浮式海洋结构系统脉冲响应函数hc(t)近似表达式：其中，Nn的取值需要足够大，以保证在频率处的频响函数值近似为零；对hc(t)进行拉普拉斯变换，得到因果化浮式海洋结构系统传递函数的极点留数模型c其中，是h(t)的拉普拉斯变换，s是拉普拉斯变量，βn是留数，其表达式为：2CN115292930A权利要求书2/3页4.如权利要求3所述的浮式海洋结构物瞬态动力响应的频域计算方法，其特征在于，确定因果化浮式海洋结构系统时变动力响应xc(t)的方法包括：将输入波面信号η(t)近似表征为复傅里叶级数：其中：ωm＝mΔω为第m个离散频率值，m为频率序号，为频率分辨率，cm是对应ωm的复系数，T为波面信号的周期，Nm为离散频率序号最大值；对输入波面信号η(t)进行拉普拉斯变换，得到η(t)的拉普拉斯变换为：基于波面信号的拉普拉斯变换计算因果化浮式海洋结构系统在拉普拉斯域的动力响应基于求解因果化浮式海洋结构时变动力响应xc(t)。5.如权利要求4所述的浮式海洋结构物瞬态动力响应的频域计算方法，其特征在于：6.如权利要求4所述的浮式海洋结构物瞬态动力响应的频域计算方法，其特征在于，确定因果化浮式海洋结构时变动力响应xc(t)的方法进一步包括以下步骤：若与ωm数值不同：通过复平面内极点留数运算，得到的极点留数形式为：其中，Qn和Pm分别为对应和iωm的留数，其表达式如下：对进行拉普拉斯逆变换，得到以复指数形式表征的因果化浮式海洋结构动力响应xc(t)解析表达式：其中：是与系统极点有关