[发明专利]一种不规则波中弹性船体载荷响应模型的确定方法

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。

主权项

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：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([a]+[μ])p··r(t)+[b]p·r(t)+∫0t[K(τ)]p·r(t-τ)dτ+([c]+[C])pr(t)={FI(t)}+{FD(t)}+{Fslam(t)}---(1)]]>式(1)中：[a],[b],[c]——结构广义质量矩阵、广义阻尼矩阵、广义刚度矩阵；[C]——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；ρ——海水密度；g——重力加速度；——物面法向量；S(t)——瞬时湿表面；——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——船体在第k阶模态的垂向位移；[μ]——频率趋于无穷大时的广义流体附加质量矩阵；[K(τ)]——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尼特性和水动力惯性；FI(t)、FD(t)——船体所受的入射力、绕射力；Fslam(t)——船体所受的砰击力；pr(t)——船体第r阶主坐标；步骤二，求广义流体恢复力系数矩阵借助三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Pka的积分与船体重力FGr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：FGr=∫∫S(t)Fg·wkds---(3)]]>其中，FGr——船体第r阶位移下的重力；Fg——船体重量集度；t表示时间；通过其中的矩阵wk到所述广义流体恢复力系数矩阵[C]；步骤三，求得入射力和绕射力；借助船体瞬时网格的截取，每时每刻将入射波压力PI、绕射波压力PD在瞬时湿表面网格上进行积分：步骤四，求得砰击力利用Fslamr(t)=∫∫sF(x,y,t)wr(x)ds---(5)]]>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其中，ω为波浪频率；Brk(ω)是流体阻尼系数；r和k表示的是运动模态，r,k＝1,2,3…m；Brk(ω)简写为B(ω)；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和采用的是近似计算，因此也为准确计算Brk(ω)的极限频率，则有，Krk(τ)=2π(∫0ω^Brk(ω)cos(ωτ)dω+∫ω^∞Brk(ω)cos(ωτ)dω);r,k=1,2,...m---(7)]]>其中，τ为时间，m为自然数；对于区间将其划分为n份，假设在每个小的区间(ωn,ωn+1)内是线性变化的B(ω)≈P0+P1ω其中，因此式(7)右端的第一项为：其中，∫ωnωn+1cos(ωτ)dω=1τ(sin(ωn+1τ)-sin(ωnτ))∫ωnωn+1ωcos(ωτ)dω=1τ[ωn+1sin(ωn+1τ)-ωnsin(ωnτ)+1τ(cos(ωn+1τ)-cos(ωnτ))],]]>τ为时间；对于区间选择指数衰减函数对B(ω)进行模拟，函数形式如为其中，α和β都是待定系数，为确保B(ω)是衰减的β必须保证大于0；α＝B(ωN+1)；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pr(t)；利用，其中，t表示时刻，得到时域内船体上任一横剖面x和任一时刻t的位移w(x,t)、弯矩M(x,t)、剪切力V(x,t)；wr(x)、Mr(x)、Vr(x)分别为船体梁位移、弯矩、剪力的第r阶固有振型，r＝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。