[发明专利]一种基于随机风场和海浪的船舶倾覆风险测试方法

权利要求书

1.一种基于随机风场和海浪的船舶倾覆风险测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取待测试的船舶自身数据，确定倾覆阈值；

步骤2：构建随机风场与随机海浪的同频叠加模拟环境；

步骤3：初始化模拟环境，设定船舶航行的起点、终点及航行路径；

步骤4：开始测试，船舶从起点出发沿航行路径前往终点；

步骤5：获取当前时刻的风浪数据；

步骤6：计算船舶受到的风倾力矩F₁和波浪力矩F₂；

F₁＝0.001PA_fZ

其中，P为单位计算风压，由获取的随机海浪的同频叠加模拟环境的数据进行计算；A_f为船体受风面积；Z为受风面积中心至水线的距离；

F₂＝ω₀²I₄₄e cos(ωt+θ)

其中，ω为波浪频率；ω₀为横摇固有频率；θ为波浪相位角；e为波面角幅值，公式为：

其中，h为波高，λ为波长；

步骤7：计算船舶的惯性力矩

其中，J_φφ为船舶自身的转动惯量，其大小取决于船舶的质量分布；ΔJ_φφ为附加转动惯量，其大小与船舶水下部分的形状以及重心位置相关；

步骤8：计算船舶的阻尼力矩

其中，为当前时间t下的瞬时侧倾角，t为进行计算的时间；B₁和B₂分别为阻尼力矩系数和复原力矩系数；

步骤9：计算船舶的恢复力矩

其中，为垂直方向上静水面的位移；A(x)为动态水线与平静水线之间的横截面积；取决于船体的几何形状；k_i(t,x)是通过多项式拟合得到的在相对于位于距原点的纵向距离x米处横截面的曲线；

步骤10：计算船舶的倾覆力矩Q；

步骤11：检测船舶的倾覆力矩Q是否超出设定的倾覆阈值；若超出倾覆阈值，则测试结束，判定船舶有倾覆风险；若未超出倾覆阈值，则返回步骤5，继续进行测试直至船舶航行至终点。

2.根据权利要求1所述的一种基于随机风场和海浪的船舶倾覆风险测试方法，其特征在于：所述的步骤2中构建随机风场与随机海浪的同频叠加模拟环境的具体步骤为：

步骤2.1：输入随机脉动风谱和海浪谱；

步骤2.2：获取由风速谱和波谱叠加的能量谱矩阵

其中，n为随机离散点数，S_ij(f)为脉动谱互谱；

步骤2.3：确定频率区间及确定频率区间离散点；

步骤2.4：对能量谱矩阵进行Cholesky分解；

步骤2.5：通过谐波叠加法实现随机风浪的数值模拟；

步骤2.6：输出随机风场与随机海浪的同频叠加模拟环境。