浮式海洋结构随机动力响应解析计算方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114880619A(43)申请公布日2022.08.09(21)申请号202210503154.7(22)申请日2022.05.10(71)申请人中国海洋大学地址266100山东省青岛市崂山区松岭路238号(72)发明人孙金伟刘福顺刘世萱邵萌(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.G06F17/15(2006.01)G06F17/18(2006.01)G06F17/11(2006.01)G06F17/14(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图3页(54)发明名称浮式海洋结构随机动力响应解析计算方法(57)摘要本发明提供一种浮式海洋结构随机动力响应解析计算方法。该方法包括以下步骤：S1：确定因果化波浪‑浮式结构水动力系统响应函数；S2：基于因果化波浪‑浮式结构水动力系统响应函数，构建因果化浮式结构的极点‑留数表征模型；S3：对极点‑留数表征模型开展极点‑留数运算，求解因果化浮式结构非平稳随机动力响应统计；S4：对因果化浮式结构非平稳随机动力响应统计进行逆向时移，获得实际非因果浮式结构时频进化响应谱，以及时变均方响应统计。本发明克服了传统谱分析方法仅能求解平稳响应的不足，避免了蒙特卡洛模拟方法对采样间隔敏感和计算效率低的问题，为实际工程分析提供了一种兼具高精度与高效率的全新计算方法。CN114880619ACN114880619A权利要求书1/3页1.一种浮式海洋结构随机动力响应解析计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：确定因果化波浪‑浮式结构水动力系统脉冲响应函数hc(t)，其中t为时间变量；S2：基于因果化波浪‑浮式结构水动力系统脉冲响应函数hc(t)，构建因果化浮式结构的极点‑留数表征模型；S3：对极点‑留数表征模型开展极点‑留数运算，求解因果化浮式结构非平稳随机动力22响应统计E[Xc(t)]，其中Xc(t)表示因果化浮式结构随机响应平方值；S4：对因果化浮式结构非平稳随机动力响应统计进行逆向时移，获得实际非因果浮式结构时频进化响应谱G(t，ω)，以及时变均方响应统计E[X2(t)]，其中X2(t)表示实际非因果浮式结构随机响应平方值，ω表示频率。2.如权利要求1所述的浮式海洋结构随机动力响应解析计算方法，其特征在于，步骤S1中，确定因果化波浪‑浮式结构水动力系统响应函数hc(t)的方法包括：确定波浪‑浮体系统频响应函数H(ω)，对H(ω)进行傅里叶变换得到波浪作用下浮式结构脉冲响应函数h(t)；选取因果化时间tc；所述因果化时间需满足：当t＜tc时，h(t)取值为零或近似为零；基于因果化时间和浮式结构脉冲响应函数，获得因果化波浪‑浮式结构水动力系统响应函数hc(t)：hc(t)＝h(t‑tc)。3.如权利要求2所述的浮式海洋结构随机动力响应解析计算方法，其特征在于，步骤S2中，构建因果化浮式结构的极点‑留数表征模型的方法包括：对因果化波浪‑浮式结构水动力系统响应函数hc(t)进行复指数分解，将所述响应函数近似为一系列有限数量复指数函数之和：对复指数分解后的所述响应函数进行拉普拉斯变换，得到所述响应函数在拉普拉斯域内的极点‑留数表征模型；其中，是hc(t)的拉普拉斯变换，s是拉普拉斯变量，μp是极点，βp是留数，Np是极点和留数的数量，p是极点序号。4.如权利要求3所述的浮式海洋结构随机动力响应解析计算方法，其特征在于，步骤S3的实施方法包括：S31：根据杜哈梅尔积分，建立随机波浪作用下非因果浮式结构运动响应方程：其中，Ξ(τ)是零均值、平稳高斯随机波浪过程，X(t)是浮式结构随机动力响应，τ是虚拟时间变量；S32：构建以波谱表征的浮式结构时变均方响应控制方程；浮式结构非平稳随机动力响应协方差表示为：2CN114880619A权利要求书2/3页式中，t1和t2是时间变量，τ1和τ2是虚拟时间变量，R(τ2‑τ1)是平稳随机波浪过程Ξ(τ)的自相关函数，其中，X(t1)为浮式结构在t1时刻的随机运动响应，X(t2)为浮式结构在t2时刻的随机运动响应；所述自相关函数与波浪谱密度函数S(ω)存在如下傅里叶变换关系：2确定t1＝t2＝t时浮式结构均方响应E[X(t)]表达：其中，E[]表示数学期望；将虚拟时间变量τ1和τ2分离，得到以波浪谱表征的浮式结构均方响应：将因果化脉冲响应函数hc(t)代入，变换第二个积分下限为0，得到因果化浮式结构时变均方响应数学表达：S33：确定因果化浮式结构运动响应时频进化谱解析解：S331：对进行改写：其中：其中：Hc(t，ω)为因果化浮式结构进化频响函数，||表示取绝对值；S332：计算极点‑留数表征模型：计算随机波浪作用下因果化浮式结构运动响应时频进化谱Gc(