本發(fā)明涉及海洋工程領(lǐng)域，特別涉及一種隨機(jī)不規(guī)則波浪特征參數(shù)提取方法。

背景技術(shù)：

目前，在有關(guān)海上吊裝作業(yè)的研究文獻(xiàn)中，大多采用規(guī)則波浪作為外部激勵(lì)進(jìn)行分析，這種分析方式比較簡(jiǎn)單，但是這與實(shí)際海上吊裝作業(yè)環(huán)境存在很大差異，實(shí)際海面上的波浪是隨機(jī)不規(guī)則的，即隨機(jī)不規(guī)則波浪的特征參數(shù)——有義波高隨著時(shí)間的變化將呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則的變化。人們通過(guò)長(zhǎng)期的大量觀測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)隨機(jī)不規(guī)則波浪的特征參數(shù)存在一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，并以隨機(jī)不規(guī)則波浪的特征參數(shù)(有義波高)為參考來(lái)劃分不同的海況等級(jí)，以便相關(guān)部門進(jìn)行預(yù)報(bào)及分析計(jì)算。

在利用隨機(jī)不規(guī)則波浪作為外部激勵(lì)進(jìn)行海上吊裝作業(yè)裝備的性能分析過(guò)程中，如何準(zhǔn)確獲取對(duì)應(yīng)不同等級(jí)海況的隨機(jī)不規(guī)則波浪的坐標(biāo)參數(shù)將變得至關(guān)重要，也是現(xiàn)有分析方法必須突破的技術(shù)難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種實(shí)施方便、提取精度高的隨機(jī)不規(guī)則波浪特征參數(shù)提取方法。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是：一種隨機(jī)不規(guī)則波浪特征參數(shù)提取方法，包括以下步驟：

1)輸入隨機(jī)不規(guī)則波浪所期望達(dá)到某等級(jí)海況所對(duì)應(yīng)的有義波高h(yuǎn)1/3及波能譜s(ωj)；

2)對(duì)波能譜s(ωj)的頻率進(jìn)行離散化處理，將波能譜s(ωj)的頻率范圍ωmin～ωmax分成n等分，同時(shí)給定隨機(jī)不規(guī)則波浪的浪向角χ；

3)計(jì)算對(duì)應(yīng)頻率等分的波幅、頻率和波數(shù)；

4)輸入在[0-2π]之間均勻分布的隨機(jī)不規(guī)則波浪的相位角εj；

5)利用隨機(jī)不規(guī)則波浪運(yùn)動(dòng)的波面方程，生成波面坐標(biāo)；

6)提取隨機(jī)不規(guī)則波浪的波高；并將從第1個(gè)隨機(jī)不規(guī)則波浪的波高到第i個(gè)隨機(jī)不規(guī)則波浪的波高按從大到小依次排列，再?gòu)牟ǜ叽蟮牟糠珠_(kāi)始提取全部波高的三分之一求平均值

7)給定偏差δ；

8)記錄從當(dāng)前第i個(gè)隨機(jī)不規(guī)則波浪的波高開(kāi)始連續(xù)十個(gè)隨機(jī)不規(guī)則波浪的波高所對(duì)應(yīng)波高三分之一部分的平均值

9)判斷步驟8)所得平均值與給定海況的有義波高之間的穩(wěn)定偏差是否均小于給定偏差，即：

若是，則整個(gè)計(jì)算終止，所生成的隨機(jī)不規(guī)則波浪的波面坐標(biāo)即代表該等級(jí)海況的波面坐標(biāo)；若不是，則令波面方程的計(jì)算時(shí)間t＝t+δt，δt為計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)，并返回步驟3)繼續(xù)產(chǎn)生隨機(jī)不規(guī)則波浪的波面坐標(biāo)，直至滿足計(jì)算終止條件為止。

上述隨機(jī)不規(guī)則波浪特征參數(shù)提取方法，所述步驟1)中，波能譜s(ωj)的公式為：

上述隨機(jī)不規(guī)則波浪特征參數(shù)提取方法，所述步驟3)中，第j個(gè)頻率等分對(duì)應(yīng)的波幅ζj、頻率ωj和波數(shù)kj的計(jì)算公式為：

和

式中：tj為第j個(gè)頻率等分對(duì)應(yīng)的周期，g為重力加速度g＝9.8；當(dāng)j＝1時(shí)，ω0＝ωmin。

上述隨機(jī)不規(guī)則波浪特征參數(shù)提取方法，所述步驟5)中，波面方程為：

上述隨機(jī)不規(guī)則波浪特征參數(shù)提取方法，所述步驟6)中，提取隨機(jī)不規(guī)則波浪的波高的過(guò)程為：利用計(jì)算機(jī)分別提取步驟5)所生成的隨機(jī)不規(guī)則波浪的波面坐標(biāo)的波峰和波谷，將第i個(gè)波峰與相鄰第i個(gè)波谷之間的垂直距離定義為對(duì)應(yīng)第i個(gè)隨機(jī)不規(guī)則波浪的波高并提取該波高

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明首先輸入隨機(jī)不規(guī)則波浪所期望達(dá)到某等級(jí)海況所對(duì)應(yīng)的有義波高及波能譜；然后，計(jì)算隨機(jī)不規(guī)則波浪的波幅、頻率和波數(shù)，并輸入相位角；接著，利用隨機(jī)不規(guī)則波浪運(yùn)動(dòng)的波面方程，生成波面坐標(biāo)，通過(guò)波面坐標(biāo)提取隨機(jī)不規(guī)則波浪的波高，并按從大到小依次排列，再?gòu)牟ǜ叽蟮牟糠珠_(kāi)始提取全部波高的三分之一求平均值；最后，記錄連續(xù)十個(gè)波高所對(duì)應(yīng)波高三分之一部分的平均值，并通過(guò)判斷所得平均值與給定海況的有義波高之間的穩(wěn)定偏差是否均小于給定偏差來(lái)得到所需等級(jí)海況的波面坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)不規(guī)則波浪特征參數(shù)提取，生成了精確的對(duì)應(yīng)不同等級(jí)海況的隨機(jī)不規(guī)則波浪的坐標(biāo)參數(shù)，利用這些隨機(jī)不規(guī)則波浪的坐標(biāo)參數(shù)，開(kāi)展海上吊裝作業(yè)裝備性能分析研究，將較以往利用規(guī)則波浪進(jìn)行研究更加符合實(shí)際。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

圖2為隨機(jī)不規(guī)則波浪的有義波高逼近四級(jí)海況(有義波高2.1米)的過(guò)程圖。

圖3為四級(jí)海況對(duì)應(yīng)的隨機(jī)不規(guī)則波浪波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，一種隨機(jī)不規(guī)則波浪特征參數(shù)提取方法，包括以下步驟：

1)輸入隨機(jī)不規(guī)則波浪所期望達(dá)到某等級(jí)海況所對(duì)應(yīng)的有義波高h(yuǎn)1/3(四級(jí)海況對(duì)應(yīng)的有義波高h(yuǎn)1/3＝2.1米)及波能譜s(ωj)；波能譜s(ωj)的公式為：

2)對(duì)波能譜s(ωj)的頻率進(jìn)行離散化處理，將波能譜s(ωj)的頻率范圍ωmin～ωmax分成n等分，本例中n＝30，同時(shí)給定隨機(jī)不規(guī)則波浪的浪向角χ，本例中χ＝30°。

3)計(jì)算對(duì)應(yīng)頻率等分的波幅、頻率和波數(shù)；第j個(gè)隨機(jī)不規(guī)則波浪的波幅ζj、頻率ωj和波數(shù)kj的計(jì)算公式為：

和

式中：tj為第j個(gè)頻率等分對(duì)應(yīng)的周期，g為重力加速度g＝9.8；當(dāng)j＝1時(shí)，ω0＝ωmin。

4)輸入在[0-2π]之間均勻分布的隨機(jī)不規(guī)則波浪的相位角εj。

5)將步驟2)、步驟3)和步驟4)的計(jì)算結(jié)果代入到隨機(jī)不規(guī)則波浪運(yùn)動(dòng)的波面方程：

利用隨機(jī)不規(guī)則波浪運(yùn)動(dòng)的波面方程，生成波面坐標(biāo)。

6)利用計(jì)算機(jī)分別提取步驟5)所生成的隨機(jī)不規(guī)則波浪的波面坐標(biāo)的波峰和波谷，將第i個(gè)波峰與相鄰第i個(gè)波谷之間的垂直距離定義為對(duì)應(yīng)第i個(gè)隨機(jī)不規(guī)則波浪的波高并提取該波高然后，將從第1個(gè)隨機(jī)不規(guī)則波浪的波高到第i個(gè)隨機(jī)不規(guī)則波浪的波高按從大到小依次排列，再?gòu)牟ǜ叽蟮牟糠珠_(kāi)始提取全部波高的三分之一求平均值

7)給定偏差δ，本例中δ＝0.001m；

8)按照步驟6)的方式，計(jì)算并記錄從當(dāng)前第i個(gè)隨機(jī)不規(guī)則波浪的波高開(kāi)始連續(xù)十個(gè)隨機(jī)不規(guī)則波浪的波高所對(duì)應(yīng)波高三分之一部分的平均值

9)判斷步驟8)所得平均值與給定海況的有義波高之間的穩(wěn)定偏差是否均小于給定偏差，即：

若是，則整個(gè)計(jì)算終止，所生成的隨機(jī)不規(guī)則波浪的波面坐標(biāo)即代表該等級(jí)海況的波面坐標(biāo)；若不是，則令波面方程的計(jì)算時(shí)間t＝t+δt，δt為計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)，并返回步驟3)繼續(xù)產(chǎn)生隨機(jī)不規(guī)則波浪的波面坐標(biāo)，直至滿足計(jì)算終止條件為止。

隨機(jī)不規(guī)則波浪的有義波高逼近四級(jí)海況(有義波高2.1米)過(guò)程如圖2所示，四級(jí)海況對(duì)應(yīng)的隨機(jī)不規(guī)則波浪波形圖如圖3所示。