[发明专利]一种混合双峰非高斯响应幅值概率分布模型

说明书

本发明公开一种混合双峰非高斯响应幅值概率分布模型，以系缆波频响应标准差为参数构建Rayleigh分布函数，以系缆总体响应的标准差为参数构建Ex ponential分布函数，通过引入与系缆张力响应带宽参数和不规则系数相关的参数将描述系缆大幅值和小幅值张力循环响应幅值概率分布的Rayleigh和Expone ntial分布函数耦合在一起，构建了混合Rayleigh和Exponential概率分布模型(C RE)。本发明可同时准确描述系缆小幅值张力和大幅值张力循环响应幅值的概率分布，可用于深海浮式结构系统的短期响应预报和疲劳损伤评估，具有较大的工程应用价值。

技术领域

本发明属于海洋工程领域，具体涉及一种混合双峰非高斯响应幅值概率分布模型。

背景技术

作为深海资源开发的主要装备，深海浮式结构系统一般由水面大型浮体和水下细长柔性结构组成，属于典型的多尺度非线性整体耦合系统，在复杂环境荷载作用下深海浮式结构系统容易发生破坏，故准确的描述深海浮式结构系统的响应特征、减少设计分析中的不确定性因素对保障结构系统的安全至关重要。

深海浮式结构系统响应统计特征是系统设计分析的重要参数。在传统设计分析中，常假设波浪为高斯波浪，系统为线性系统，系统的响应为窄带高斯响应，其幅值服从Rayleigh分布。实际上，深海浮式结构系统为非线性系统，在一阶和二阶波浪共同作用下，系统的响应包含与一阶波浪相关的宽带波频响应以及与二阶波浪相关的窄带非高斯低频响应，属于典型的双峰非高斯响应过程，其短期响应预报和疲劳损伤评估与传统单峰高斯响应具有显著的差异，增加了深海浮式结构系统设计分析的难度。

Rayleigh分布是海洋工程中常用于表征系统响应幅值概率分布的函数，是以响应过程标准差为表征参数的单参函数。研究表明，以系统总体响应标准差为参数的Rayleigh分布会显著高估深海浮式结构系统系缆大幅值张力循环响应幅值的概率分布，同时显著低估深海浮式结构系统系缆小幅值张力循环响应幅值的概率分布。需要注意的是系缆的小幅值和大幅值张力循环对系缆的短期响应预报和疲劳损伤评估至关重要。采用Rayleigh分布来描述系缆总体响应幅值的概率分布对结构进行设计分析会产生较大的偏差，从而导致结构设计偏于危险。

由此可知，现有的概率分布模型不能准确描述深海浮式结构系统双峰非高斯张力响应幅值的概率分布，故亟需发展一种新的概率分布模型，为深海浮式结构系统的安全设计和评估提供支撑。研究发现，以波频响应标准差为参数的Rayleigh分布可有效的描述系缆大幅值张力循环响应幅值的概率分布，而以系缆总体响应标准差为参数的Exponential分布可近似的描述系缆小幅值张力循环响应幅值的概率分布，将两者合理的耦合在一起则可对系缆总体双峰非高斯响应幅值的概率分布进行准确的描述。但系缆的小幅值张力循环和大幅值张力循环不是两个相互独立的过程，在Rayleigh分布和Exponential分布耦合的过程中需要充分考虑系缆小幅值张力循环和大幅值张力循环响应幅值概率分布的统计影响。

发明内容

本发明针对现有概率分布模型无法准确描述深海浮式结构系统双峰非高斯张力响应幅值概率分布的问题，发展一种混合双峰非高斯响应幅值概率分布模型，用于提升深海浮式结构系统短期响应预报和疲劳损伤评估的精度。

为了实现上述目标，本发明是由以下技术方案实现的：

一种混合双峰非高斯响应幅值概率分布模型，包含以下步骤：

步骤S1、对深海浮式结构系统双峰非高斯响应进行滤波处理，得到系缆的波频响应和低频响应，并对系缆波频响应和低频响应进行谱分析，计算得到系缆总体响应的零阶矩m₀、一阶矩m₁、二阶矩m₂和四阶矩m₄，以及波频响应的零阶矩m_0WF和标准差