[發明專利]一種基于譜分析法的浮式海洋結構物結構應力計算方法

有效

• 申請號: 201710391142.9
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107291995B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 錢笠君
• 申請（專利權）人: 中國船舶工業集團公司第七〇八研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 俞滌炯

1.一種基于譜分析法的浮式海洋結構物結構應力計算方法，其特征在于，包括以下幾個步驟：

第一步，建立模型；

根據浮式海洋結構物的外形,采用板單元建立水動力濕表面模型，并根據裝載情況建立質量模型，采用板單元和梁單元建立結構模型，并于結構模型上施加邊界條件，并且質量模型和結構模型為同一模型；

第二步，計算結構應力傳遞函數；

選取覆蓋浮式海洋結構物的響應峰值的若干周期和若干浪向的組合為單位波幅的規則波，并使用水動力濕表面模型及質量模型計算浮式海洋結構物在若干單位波幅的規則波作用下的波浪載荷，并且根據規則波理論計算得到浮式海洋結構物在單位規則波幅下的結構應力響應幅值——結構應力傳遞函數H_σ(ω|θ)，結合計算所得的若干單位波幅的規則波作用下的波浪載荷，并將波浪載荷加載到結構模型上，從而計算得到相應的結構應力響應傳遞函數；

第三步，參數化波浪譜；

通過將結構應力傳遞函數與海浪譜疊加組合，并得出結構應力的短期響應，選取勞曼譜、P-M譜、ISSC譜、勃氏譜、光易型譜、規范譜以及JONSWAP譜中與實際海域海情最為接近海浪譜，計算出各種波譜的特征參數；

第四步，計算結構應力能量譜；

結合作業海域的環境條件，將作業海域波浪譜結合結構應力響應傳遞函數，計算得到相應的結構應力能量譜S_σ；

第五步，計算短期海況譜矩；

對結構應力能量譜進行積分，計算得到短期海況第n階譜矩m_n；

第六步，計算短期概率密度函數；

結合符合短期海況的Rayleigh分布，按Rayleigh分布規律計算得到短期概率密度函數分布形式f(x|σ)；

第七步，計算波浪散布圖；

①浮式海洋結構物作用于單一區域，此時，選取單一海域的波浪散布圖；

②浮式海洋結構物為跨區域作業，需采取多個海域的波浪散布圖，并根據作業時間長短進行加權計算得出一個聯合波浪散布圖；

第八步，計算浪向概率；

根據水文資料，以波浪出現的次數計算作業海域中波浪浪向出現的概率，確定不同地理位置的不同海域中波浪的浪向；

第九步，計算長期概率密度函數；

根據得到的短期概率密度函數，對一系列短期平穩隨機過程的組合進行處理，將若干短期概率密度函數以其出現概率為權與其相乘后的和求得長期概率密度函數g(x)；

第十步，計算結構應力長期統計值；

結合給定的設計超越概率，采用二參數的Weibull分布來擬合船體運動和載荷的長期響應分布F_L(y)，進而計算出其超越概率水平Q(y),從而獲得指定超越概率水平的結構應力響應的長期統計值；

第十一步，校核；

依據結構應力計算結果，根據設計規范對計算結果進行校核，判斷本浮式海洋結構物的結構強度是否滿足設計要求。

2.根據權利要求1所述的一種基于譜分析法的浮式海洋結構物結構應力計算方法，其特征在于，結構應力響應傳遞函數H_σ(ω|θ)與施加的單位波幅的規則波的角頻率和波向有關，其中，ω為角頻率，θ為波向。

3.根據權利要求1所述的一種基于譜分析法的浮式海洋結構物結構應力計算方法，其特征在于，所述波浪譜與每個波浪周期中的有義波高和平均跨零周期有關，即S_w(ω|H_S,T_z)，S_w為波浪譜，ω為角頻率，H_S為有義波高，T_Z為平均跨零周期。

4.根據權利要求1所述的一種基于譜分析法的浮式海洋結構物結構應力計算方法，其特征在于，所述結構應力能量譜可通過以下公式計算：

S_σ＝H_σ²S_w

式中，S_σ為結構應力能量譜，H_σ為結構應力傳遞函數，S_w為波浪譜。