一种不规则波中弹性船体载荷响应模型的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及船舶与海洋工程波浪载荷技术水动力领域，具体地说是一种不规则波 中弹性船体载荷响应模型的确定方法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，实际海浪是不规则波，是由无数个不同波幅、频率的规则子波叠加而 成，因此为预报随机海浪下的载荷响应，就必须要考虑不同波浪频率对结果的影响。但是传 统的不规则波的载荷响应预报大多只是考虑了波浪主峰的单一频率，或是属于二维问题而 无法顾及不规则波的波幅、频率等物理量随时间变化的特性对结果带来的影响，这都使得 不规则波中的船体响应预报结果的准确度大大降低。
[0003] 目前，为了解决该问题，现有技术中通常采用时域延时函数进而计及不同波频成 分对结果的影响。
[0004] 但是现有技术中的……方法仍然存在如下问题：1.对于高频的水动力系数的确 定，往往采用了全域积分的方法，会出现由于超大的计算量，从而导致对硬件需求过高的问 题；2.为提高效率采用截断频率的方法确定所述高频的水动力系数则由于截断的原因从 而难以达到较高的精度。
[0005] 随着船舶主尺度不断加大，其结构的弹性变形与流体的耦合作用效果愈加显著， 因此，现有技术中对于弹性船体在随机海浪下的载荷响应的确定需求愈发明显。因而有必 要提出一种新的能够计及船体弹性效应的载荷响应模型的确定方法。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是克服上述现有方法的不足，提出一种不规则波中弹性船体载荷 响应模型的确定方法，使其能够快速而准确地确定船体在随机海浪下的载荷响应，减小对 于硬件系统的要求。
[0007] 为了解决上述问题，根据本发明的一个方面提供了一种不规则波中弹性船体载荷 响应模型的确定方法，其特征在于，包含以下步骤：
[0008] 步骤一，确定方程船体非线性时域运动方程
[0009] 构建船体非线性时域运动方程
【主权项】
1. 一种不规则波中弹性船体载荷响应模型的确定方法，其特征在于，包含w下步骤： 步骤一，确定方程船体非线性时域运动方程； 步骤二，求广义流体恢复力系数矩阵； 步骤=，求得入射力和绕射力； 步骤四，求得砰击力； 步骤五，求得系统时域延迟函数矩阵； 步骤六，得到船体运动。
2. -种不规则波中弹性船体载荷响应模型的确定方法，其特征在于，包含W下步骤： 步骤一，确定方程船体非线性时域运动方程 构建船体非线性时域运动方程
式（1)中；[a],比]，[C] 一一结构广义质量矩阵、广义阻巧矩阵、广义刚度矩阵； [幻一一广义流体恢复力系数矩阵
表示船体在第k阶模态的垂向 位移产生的静水动压力对第r阶运动模态的贡献；P--海水密度；g--重力加速度；巧 一一物面法向量；S(t) -一瞬时物面；一一表示弹性船体结构体的第r阶自由运动模态 产生的位移矢量；Wk-一船体在第k阶模态的垂向位移；[y] -一频率趋于无穷大时的广 义流体附加质量矩阵；怔（T)]--系统的时域延迟函数矩阵，取决于船体的几何形状和时 间间隔，它体现的是波浪的阻巧特性和水动力惯性；Fi(t)、Fu(t) -一船体所受的入射波力、 绕射波力；Fsiam(t)--船体所受的砰击力；Pr(t) -一船体第T阶主坐标； 步骤二，求广义流体恢复力系数矩阵 借助=维船体瞬时网格截取，每时每刻采用瞬时湿表面s(t)上的流体静压力的积分 与船体重力合成的方法来直接计算静水恢复力，船体瞬时平均湿表面上的非线性静水恢复 力载荷为：
其中，Fct--船体第r阶位移下的重力；Fg-一船体重量集度；通过其中的矩阵Wk到所 述广义流体恢复力系数矩阵[幻； 步骤=，求得入射力和绕射力； 借助船体瞬时网格的截取，每时每刻将入射波、绕射波压力在瞬时湿表面网格上进行 积分： (4) 步骤四，求得砰击力 利用
巧） 求得砰击力；其中X，y表示船体的X，y坐标； 步骤五，求得系统时域延迟函数矩阵； 时域延迟函数矩阵为
对式（6)的无穷积分在截断频率?处截断，将延时函数公式的整个积分区间分为化匈 和(如X)，冷为准确计算Brk(?)的极限频率，则有，
其中，T为时间，m为自然数。 对于区间(0,匈，将其划分为n份，假设在每个小的区间（W。，《。+1)内是线性变化的B(w) >Pn+Pi?其中，
因此式（7)右端的 第一项为：
对于区间倫却，选择指数衰减函数对B(w)进行模拟，函数形式如为8{(。)、(化' ;;i" ""ii其中，a和P都是待定系数，为确保B(?)是衰减的0必须保证大于0; 曰=B〇n+i)
步骤六，得到船体运动 求解船体非线性时域运动方程得到船体第r阶主坐标Pt(t); 利用，
得到时域内船体上任一横剖面的位移W(x，t)、弯矩M(x，t)、剪切力V(x，t); 其中，*,?、1,?、￥,?分别为船体梁位移、弯矩、剪力的第^介固有振型^ =1~6 是刚体的运动模态，当r> 7时，则为船体的弹性振动模态。
【专利摘要】本发明涉及不规则波中弹性船体载荷响应模型的确定方法，所述方法在考虑船体弹性效应的时域延时函数的确定中在高频流体阻尼系数B(ω)的截断频率处截断船体时域延时函数的积分区间，将整个积分区间分为和两部分；在区间内，将其划分为有限个小区间，实现该区间内的积分，获得该区间的阻尼系数B(ω)；在区间内，选择一个指数衰减函数对阻尼系数B(ω)进行模拟，进而得到船体时域延时函数的无穷限积分Krk(τ)。本发明既可以计及截断误差的影响又弥补了现有方法中因为计算量过大而对硬件要求过高的缺陷。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104850688
【申请号】CN201510214143
【发明人】陈占阳
【申请人】哈尔滨工业大学（威海）
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月29日