一種不規(guī)則波中彈性船體載荷響應(yīng)模型的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及船舶與海洋工程波浪載荷技術(shù)水動(dòng)力領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種不規(guī)則波 中彈性船體載荷響應(yīng)模型的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，實(shí)際海浪是不規(guī)則波，是由無(wú)數(shù)個(gè)不同波幅、頻率的規(guī)則子波疊加而 成，因此為預(yù)報(bào)隨機(jī)海浪下的載荷響應(yīng)，就必須要考慮不同波浪頻率對(duì)結(jié)果的影響。但是傳 統(tǒng)的不規(guī)則波的載荷響應(yīng)預(yù)報(bào)大多只是考慮了波浪主峰的單一頻率，或是屬于二維問(wèn)題而 無(wú)法顧及不規(guī)則波的波幅、頻率等物理量隨時(shí)間變化的特性對(duì)結(jié)果帶來(lái)的影響，這都使得 不規(guī)則波中的船體響應(yīng)預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確度大大降低。
[0003] 目前，為了解決該問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用時(shí)域延時(shí)函數(shù)進(jìn)而計(jì)及不同波頻成 分對(duì)結(jié)果的影響。
[0004] 但是現(xiàn)有技術(shù)中的……方法仍然存在如下問(wèn)題：1.對(duì)于高頻的水動(dòng)力系數(shù)的確 定，往往采用了全域積分的方法，會(huì)出現(xiàn)由于超大的計(jì)算量，從而導(dǎo)致對(duì)硬件需求過(guò)高的問(wèn) 題；2.為提高效率采用截?cái)囝l率的方法確定所述高頻的水動(dòng)力系數(shù)則由于截?cái)嗟脑驈?而難以達(dá)到較高的精度。
[0005] 隨著船舶主尺度不斷加大，其結(jié)構(gòu)的彈性變形與流體的耦合作用效果愈加顯著， 因此，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于彈性船體在隨機(jī)海浪下的載荷響應(yīng)的確定需求愈發(fā)明顯。因而有必 要提出一種新的能夠計(jì)及船體彈性效應(yīng)的載荷響應(yīng)模型的確定方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是克服上述現(xiàn)有方法的不足，提出一種不規(guī)則波中彈性船體載荷 響應(yīng)模型的確定方法，使其能夠快速而準(zhǔn)確地確定船體在隨機(jī)海浪下的載荷響應(yīng)，減小對(duì) 于硬件系統(tǒng)的要求。
[0007] 為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種不規(guī)則波中彈性船體載荷 響應(yīng)模型的確定方法，其特征在于，包含以下步驟：
[0008] 步驟一，確定方程船體非線性時(shí)域運(yùn)動(dòng)方程
[0009] 構(gòu)建船體非線性時(shí)域運(yùn)動(dòng)方程
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種不規(guī)則波中彈性船體載荷響應(yīng)模型的確定方法，其特征在于，包含w下步驟： 步驟一，確定方程船體非線性時(shí)域運(yùn)動(dòng)方程； 步驟二，求廣義流體恢復(fù)力系數(shù)矩陣； 步驟=，求得入射力和繞射力； 步驟四，求得砰擊力； 步驟五，求得系統(tǒng)時(shí)域延遲函數(shù)矩陣； 步驟六，得到船體運(yùn)動(dòng)。
2. -種不規(guī)則波中彈性船體載荷響應(yīng)模型的確定方法，其特征在于，包含W下步驟： 步驟一，確定方程船體非線性時(shí)域運(yùn)動(dòng)方程 構(gòu)建船體非線性時(shí)域運(yùn)動(dòng)方程
式（1)中；[a],比]，[C] 一一結(jié)構(gòu)廣義質(zhì)量矩陣、廣義阻巧矩陣、廣義剛度矩陣； [幻一一廣義流體恢復(fù)力系數(shù)矩陣
表示船體在第k階模態(tài)的垂向 位移產(chǎn)生的靜水動(dòng)壓力對(duì)第r階運(yùn)動(dòng)模態(tài)的貢獻(xiàn)；P--海水密度；g--重力加速度；巧 一一物面法向量；S(t) -一瞬時(shí)物面；一一表示彈性船體結(jié)構(gòu)體的第r階自由運(yùn)動(dòng)模態(tài) 產(chǎn)生的位移矢量；Wk-一船體在第k階模態(tài)的垂向位移；[y] -一頻率趨于無(wú)窮大時(shí)的廣 義流體附加質(zhì)量矩陣；怔（T)]--系統(tǒng)的時(shí)域延遲函數(shù)矩陣，取決于船體的幾何形狀和時(shí) 間間隔，它體現(xiàn)的是波浪的阻巧特性和水動(dòng)力慣性；Fi(t)、Fu(t) -一船體所受的入射波力、 繞射波力；Fsiam(t)--船體所受的砰擊力；Pr(t) -一船體第T階主坐標(biāo)； 步驟二，求廣義流體恢復(fù)力系數(shù)矩陣 借助=維船體瞬時(shí)網(wǎng)格截取，每時(shí)每刻采用瞬時(shí)濕表面s(t)上的流體靜壓力的積分 與船體重力合成的方法來(lái)直接計(jì)算靜水恢復(fù)力，船體瞬時(shí)平均濕表面上的非線性靜水恢復(fù) 力載荷為：
其中，F(xiàn)ct--船體第r階位移下的重力；Fg-一船體重量集度；通過(guò)其中的矩陣Wk到所 述廣義流體恢復(fù)力系數(shù)矩陣[幻； 步驟=，求得入射力和繞射力； 借助船體瞬時(shí)網(wǎng)格的截取，每時(shí)每刻將入射波、繞射波壓力在瞬時(shí)濕表面網(wǎng)格上進(jìn)行 積分： (4) 步驟四，求得砰擊力 利用
巧） 求得砰擊力；其中X，y表示船體的X，y坐標(biāo)； 步驟五，求得系統(tǒng)時(shí)域延遲函數(shù)矩陣； 時(shí)域延遲函數(shù)矩陣為
對(duì)式（6)的無(wú)窮積分在截?cái)囝l率?處截?cái)?，將延時(shí)函數(shù)公式的整個(gè)積分區(qū)間分為化匈 和(如X)，冷為準(zhǔn)確計(jì)算Brk(?)的極限頻率，則有，
其中，T為時(shí)間，m為自然數(shù)。 對(duì)于區(qū)間(0,匈，將其劃分為n份，假設(shè)在每個(gè)小的區(qū)間（W。，《。+1)內(nèi)是線性變化的B(w) >Pn+Pi?其中，
因此式（7)右端的 第一項(xiàng)為：
對(duì)于區(qū)間倫卻，選擇指數(shù)衰減函數(shù)對(duì)B(w)進(jìn)行模擬，函數(shù)形式如為8{(。)、(化' ;;i" ""ii其中，a和P都是待定系數(shù)，為確保B(?)是衰減的0必須保證大于0; 曰=B〇n+i)
步驟六，得到船體運(yùn)動(dòng) 求解船體非線性時(shí)域運(yùn)動(dòng)方程得到船體第r階主坐標(biāo)Pt(t); 利用，
得到時(shí)域內(nèi)船體上任一橫剖面的位移W(x，t)、彎矩M(x，t)、剪切力V(x，t); 其中，*,?、1,?、￥,?分別為船體梁位移、彎矩、剪力的第^介固有振型^ =1~6 是剛體的運(yùn)動(dòng)模態(tài)，當(dāng)r> 7時(shí)，則為船體的彈性振動(dòng)模態(tài)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及不規(guī)則波中彈性船體載荷響應(yīng)模型的確定方法，所述方法在考慮船體彈性效應(yīng)的時(shí)域延時(shí)函數(shù)的確定中在高頻流體阻尼系數(shù)B(ω)的截?cái)囝l率處截?cái)啻w時(shí)域延時(shí)函數(shù)的積分區(qū)間，將整個(gè)積分區(qū)間分為和兩部分；在區(qū)間內(nèi)，將其劃分為有限個(gè)小區(qū)間，實(shí)現(xiàn)該區(qū)間內(nèi)的積分，獲得該區(qū)間的阻尼系數(shù)B(ω)；在區(qū)間內(nèi)，選擇一個(gè)指數(shù)衰減函數(shù)對(duì)阻尼系數(shù)B(ω)進(jìn)行模擬，進(jìn)而得到船體時(shí)域延時(shí)函數(shù)的無(wú)窮限積分Krk(τ)。本發(fā)明既可以計(jì)及截?cái)嗾`差的影響又彌補(bǔ)了現(xiàn)有方法中因?yàn)橛?jì)算量過(guò)大而對(duì)硬件要求過(guò)高的缺陷。
【IPC分類】G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104850688
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510214143
【發(fā)明人】陳占陽(yáng)
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年4月29日