[發(fā)明專利]一種新型非高斯隨機(jī)波浪模擬方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110652330.9
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號(hào): CN113505470A
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋憲倉;王樹青;杜君峰;郭遠(yuǎn)志;陶偉;侯宇瑤;呂澤宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/13;G06F111/08;G06F111/10
• 代理公司: 山東濟(jì)南齊魯科技專利事務(wù)所有限公司 37108
• 代理人: 趙明媚

本發(fā)明公開一種新型非高斯隨機(jī)波浪模擬方法，依據(jù)波浪譜生成超長時(shí)間序列高斯隨機(jī)波浪，以目標(biāo)非高斯隨機(jī)波浪的峰度值和偏度值為初始峰度值和偏度值構(gòu)建新型非線性幅值調(diào)制模型，對超長時(shí)間序列高斯隨機(jī)波浪進(jìn)行一次性整體調(diào)制；提取調(diào)制后隨機(jī)波浪的相位，并與波浪譜結(jié)合生成非高斯隨機(jī)波浪；評估非高斯隨機(jī)波浪的峰度值和偏度值，并與目標(biāo)峰度值和偏度值進(jìn)行比較，根據(jù)兩者之間的關(guān)系微調(diào)輸入峰度值和偏度值，再次構(gòu)建新型非線性幅值調(diào)制模型，并對高斯隨機(jī)波浪進(jìn)行再次整體調(diào)制；重復(fù)上述步驟即可得到滿足要求的非高斯隨機(jī)波浪。本發(fā)明具有較高的模擬效率，保證了調(diào)制前后隨機(jī)波浪能量分布的一致性，具有較高的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋工程領(lǐng)域，具體涉及一種新型非高斯隨機(jī)波浪模擬方法。

背景技術(shù)

大量波浪觀測數(shù)據(jù)表明實(shí)際波浪場中的隨機(jī)波浪因受地形、水深、浪向等因素的影響，其波面高程的概率分布不嚴(yán)格服從高斯分布，即實(shí)際波浪場中的隨機(jī)波浪具有一定的非高斯性。與高斯波浪相比，非高斯隨機(jī)波浪中小幅值波浪和大幅值波浪發(fā)生的概率較大，更容易引發(fā)結(jié)構(gòu)的一次性破壞和長期累積疲勞破壞。工程中將實(shí)際的非高斯隨機(jī)波浪簡化為高斯隨機(jī)波浪進(jìn)行設(shè)計(jì)分析會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)響應(yīng)預(yù)報(bào)和安全評估不準(zhǔn)確，從而形成結(jié)構(gòu)安全隱患。

研究表明，隨機(jī)波浪波面高程的概率分布不僅與隨機(jī)波浪的能量分布有關(guān)，還與隨機(jī)波浪的相位分布密切相關(guān)。對于高斯隨機(jī)波浪，其相位相互獨(dú)立且在 [0，2π]范圍內(nèi)均勻分布。不同于高斯隨機(jī)波浪，非高斯隨機(jī)波浪的相位并不相互獨(dú)立，而是存在一定的依存關(guān)系。因此為了生成非高斯隨機(jī)波浪，一方面可以從隨機(jī)波浪的幅值分布特性出發(fā)，通過對高斯隨機(jī)波浪的幅值進(jìn)行調(diào)制，增加大幅值和小幅值波浪波面高程發(fā)生的概率，經(jīng)過若干次的迭代后得到滿足要求的非高斯波浪；另一方面可以從隨機(jī)波浪的相位關(guān)系出發(fā)，對隨機(jī)波浪的相位按照一定的關(guān)系進(jìn)行調(diào)制，逐漸改變隨機(jī)波浪的峰度值和偏度值，經(jīng)過大量的迭代后得到滿足要求的非高斯隨機(jī)波浪。

零記憶非線性轉(zhuǎn)換法是一種典型的通過改變隨機(jī)波浪幅值分布來生成非高斯隨機(jī)波浪的方法，該方法可以對超長時(shí)間序列隨機(jī)波浪的幅值進(jìn)行整體調(diào)制，使其快速接近目標(biāo)非高斯隨機(jī)波浪，具有較高的計(jì)算效率，但該方法在改變隨機(jī)波浪幅值分布的同時(shí)也改變了隨機(jī)波浪的能量分布，此外該方法僅能對超高斯隨機(jī)波浪進(jìn)行有效模擬。在海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析過程中，通常以波浪譜作為輸入條件，波浪譜的能量分布與輸入波浪參數(shù)之間存在一一對應(yīng)關(guān)系，改變隨機(jī)波浪的能量分布會(huì)導(dǎo)致與之對應(yīng)的波浪參數(shù)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)分析時(shí)采用的波浪參數(shù)與預(yù)期波浪參數(shù)不一致，故海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中改變隨機(jī)波浪能量分布是不允許的，該方法的實(shí)用性受到了限制。

基于相位二次調(diào)制的非高斯隨機(jī)波浪模擬方法是一種典型的通過改變隨機(jī)波浪相位關(guān)系來生成非高斯隨機(jī)波浪的方法。該方法在迭代的過程中采用隨機(jī)相位和波浪譜相結(jié)合的形式生成隨機(jī)波浪，可以保證調(diào)制前后隨機(jī)波浪能量分布的一致，但該方法每次僅能對一組相位進(jìn)行調(diào)制，而單次相位調(diào)制對隨機(jī)波浪的峰度值和偏度值的影響非常小，故需要進(jìn)行大量的迭代才能得到滿足要求的非高斯隨機(jī)波浪，而且隨機(jī)波浪中數(shù)據(jù)點(diǎn)越多、非高斯性越強(qiáng)，則需要迭代的次數(shù)就越多，因此該方法的計(jì)算效率亟待提升。此外，海洋波浪一般為窄帶過程，能量分布比較集中，可供調(diào)制的相位相對較少，基于相位調(diào)制的非高斯波浪模擬方法在模擬窄帶非高斯隨機(jī)波浪時(shí)效果不理想。因此，亟待發(fā)展一種能夠快速生成具有指定目標(biāo)峰度值和偏度值的非高斯隨機(jī)波浪模擬方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有非高斯隨機(jī)波浪模擬方法的不足，結(jié)合現(xiàn)有方法的優(yōu)勢發(fā)展一種新型非高斯隨機(jī)波浪模擬方法，在保證隨機(jī)波浪能量分布不變的同時(shí)具有較高的模擬效率，突破傳統(tǒng)零記憶非線性轉(zhuǎn)換方法改變隨機(jī)波浪能量分布限制和彌補(bǔ)傳統(tǒng)基于相位調(diào)制方法計(jì)算效率低的不足。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種新型非高斯隨機(jī)波浪模擬方法，包括以下步驟：