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随机波浪力连续场的降维模拟

水利水运工程学报 2020年第5期2020卷 9-15页

作者：吕康玄刘章军三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002 武汉工程大学土木工程与建筑学院湖北武汉430074

根据水质点的水平速度和加速度过程的功率谱密度,利用线性化的Morison方程,从平稳随机过程自相关函数的角度推导了随机波浪力的功率谱密度函数。在平稳随机过程的源谱表达基础上,通过将标准正交随机变量集定义为仅含1个基本随机变量的... 详细信息

根据水质点的水平速度和加速度过程的功率谱密度,利用线性化的Morison方程,从平稳随机过程自相关函数的角度推导了随机波浪力的功率谱密度函数。在平稳随机过程的源谱表达基础上,通过将标准正交随机变量集定义为仅含1个基本随机变量的正交函数形式,实现了随机波浪力连续场的降维模拟。同时,结合快速傅里叶变换(FFT)技术,给出了随机波浪力连续场降维模拟的快速算法。应用该方法对某一单个小尺度直立圆柱桩所受的随机波浪力进行模拟,给出了随机波浪力过程的均值、标准差、自相关函数及互相关函数等数值特征,并与Monte Carlo方法的结果进行对比分析。研究表明,降维模拟方法具有较高的模拟精度与效率。

关键词：随机波浪力线性化Morison方程源谱表达降维模拟快速傅里叶变换(FFT)

计算孤立小桩柱上随机波浪力的一个线性化的Morison公式

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海洋学报 1997年第3期19卷 133-141页

作者：宋金宝徐德伦孙孚青岛海洋大学物理海洋实验室

本文在线性波理论下，从计算孤立小桩柱上随机波浪力的Ｍｏｒｉｓｏｎ公式出发，通过对波浪力的概率密度的推导和分析，提出了一个新的线性化的Ｍｏｒｉｓｏｎ公嵤健８霉接胍言诠こ躺瞎惴菏褂玫模拢铮颍纾恚幔睿保梗叮纺晏岢龅南咝曰... 详细信息

本文在线性波理论下，从计算孤立小桩柱上随机波浪力的Ｍｏｒｉｓｏｎ公式出发，通过对波浪力的概率密度的推导和分析，提出了一个新的线性化的Ｍｏｒｉｓｏｎ公嵤健８霉接胍言诠こ躺瞎惴菏褂玫模拢铮颍纾恚幔睿保梗叮纺晏岢龅南咝曰模停铮颍椋螅铮罟綅在对阻力的线性化上略有不同，由这个公式计算的小桩柱上的阻力是按Ｂｏｒｇｍａｎ线嵭曰模停铮颍椋螅铮罟浇屑扑闼媒峁模保埃副叮凑飧鲂碌南咝曰模停铮颍椋螅铮顛公式计算的随机波浪力的方差与直接利用Ｍｏｒｉｓｏｎ公式进行计算的结果是完全相同嵉模闹懈龅睦砺鄯治龊褪导扑憬峁砻鳎旱弊枇ο灾保晌颐翘岢龅募埃拢铮颍纾恚幔罡龅南咝曰模停铮颍椋螅铮罟降玫降男∽闲±刍怕氏碌乃婊ɡ藣力，均比直接由Ｍｏｒｉｓｏｎ公式进行计算得到的结果偏小，但按我们给出的线牲化的崳停铮颍椋螅铮罟降玫降慕峁劝矗拢铮颍纾恚幔畹南咝曰模停铮颍椋螅铮罟降玫降慕峁鼚接近于直接由Ｍｏｒｉｓｏｎ公式给出的结果。

关键词：海洋工程桩柱随机波浪力线性化 Morison公式

基于二阶Stokes波理论的随机波浪力谱表示法研究

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江苏科技大学学报（自然科学版） 2007年第2期21卷 6-9页

作者：万乐坤嵇春艳尹群江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

目前,采用随机性分析方法计算不规则波对海洋结构物作用时一般均采用Airy波理论,并未考虑波浪非线性的影响。本文基于二阶Stokes非线性波浪理论探讨了采用非线性波浪理论时随机波浪力谱的计算方法,并用一典型算例,对本文公式的计算结果... 详细信息

目前,采用随机性分析方法计算不规则波对海洋结构物作用时一般均采用Airy波理论,并未考虑波浪非线性的影响。本文基于二阶Stokes非线性波浪理论探讨了采用非线性波浪理论时随机波浪力谱的计算方法,并用一典型算例,对本文公式的计算结果与线性波理论的计算结果进行比较。计算结果表明,在水深较深时不能忽略波浪非线性的影响。

关键词：二阶Stokes波随机波浪力波浪力谱

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跨海大桥桥址区波浪谱及随机波浪力研究

跨海大桥桥址区波浪谱及随机波浪力研究

作者：万通西南交通大学

学位级别：硕士

随着经济的发展和贸易的增加,海峡两岸的跨海大桥对经济发展和贸易具有重要的意义。相较于陆地上的桥梁,波浪荷载是一个不可忽视的重要控制荷载。特别是在飓风和海啸等极端条件下,波浪力将是造成跨海桥梁损坏的主要原因。因此急需通过... 详细信息

随着经济的发展和贸易的增加,海峡两岸的跨海大桥对经济发展和贸易具有重要的意义。相较于陆地上的桥梁,波浪荷载是一个不可忽视的重要控制荷载。特别是在飓风和海啸等极端条件下,波浪力将是造成跨海桥梁损坏的主要原因。因此急需通过实测数据对跨海大桥桥址区的随机波浪和随机波浪力进行分析研究,对桥梁的施工、经营和维护都具有重要的理论和实际应用意义价值。针对基于实测数据的随机波浪力计算研究相对较少,因此本文通过平潭跨海大桥桥址区6#平台实测波浪数据,对跨海桥梁波浪谱及随机波浪力展开研究,主要工作和结论有:(1)通过声学波浪仪采集的平潭跨海大桥桥址区波面数据,由于仪器失灵、环境干扰等原因多造成错误记录值,针对这些实测错误数据,很多数据重构方法如插值法,仅通过临近数据的分布或者趋势来估计数据,没有考虑数据类型的特点,重构效率低且精度不高,因此提出了基于压缩感知算法的海洋波浪错误数据重构方法,并且当数据错误率小于40%时,该方法能够较好重构数据,保障了数据的真实性和准确性。同时基于MATLAB软件平台,将本文提出的方法编写了BIAS软件,详细介绍了使用方法及步骤。(2)本文的随机波浪谱建立方法合理准确,首先根据有效波高,将实测波浪谱分成六组,为保障拟合结果可靠准确,采用非线性最小二乘法拟合得到7084个六参数谱,严格控制谱峰值误差在10%以内,并通过概率密度统计分析方法对谱参数进行统计分析,最终建立平潭跨海大桥桥址区随机波浪谱族。依据平潭跨海大桥桥址区实测波谱的双峰特征,本文提出的随机波浪谱有高频和低频两部分组成,较现有波浪谱模型(布氏谱、P-M谱、JONSWAP谱),本文提出的随机波浪谱在描述平潭海域波浪更具有针对性,涵盖了桥址区一系列实测谱形,更能反映真实波浪的多样性和随机性,且谱参数可直接由有效波高确定,对工程应用更加方便简单,也为其他海域建立波浪谱模型提供了明确的操作路线。(3)通过对比结构物所受波浪力计算结果,本文提出的波浪谱能够有效正确的计算得到结构物所受随机波浪力,考虑到波浪谱族数量庞大,如果仅需要其中个别波浪谱的情况,建议优先选用谱族中的最可能波浪谱。针对缺少实测波浪数据的海域,可以采用现有的波浪谱模型(P-M谱、布氏谱、最可能六参数谱等);而对于有实测波浪数据的海域,建议使用本文中的波浪谱建立方法,通过实测波浪数据建立桥址区波浪谱族,因为该随机波浪谱族涵盖了历年一系列历史数据中的各种实测谱形,相比于现有波浪谱模型更加贴合实际海域状况,更能可靠准确地反映桥址区波浪状况。

关键词：随机波浪跨海大桥压缩感知数据重构波浪谱随机波浪力

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海区输电杆塔桩基的随机波浪力模拟研究

武汉理工大学学报 2023年第6期45卷 57-62页

作者：杨繁游克强陈波武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070

基于随机波浪力谱分析法,以改良P-M谱为目标谱,采用线性叠加法对输电线路基础的波浪荷载进行了模拟和参数研究。结果表明,重现期、水深和柱体直径等因素均对塔基波浪荷载产生了较为显著的影响。

关键词：输电杆塔随机波浪力谱分析法 Morison方程线性叠加法

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大尺度群桩随机波浪力场的降维模拟

振动工程学报 2022年第4期35卷 849-856页

作者：刘章军董心宇张文远武汉工程大学土木工程与建筑学院湖北武汉430074

根据随机波浪的能量分布特点,建议了一种随机波浪作用下大尺度桩柱的判别方法。在此基础上,利用大尺度桩柱波浪力谱,结合随机函数的降维思想,提出了大尺度单桩及群桩随机波浪力场的降维模拟方法。数值分析表明,此方法生成的大尺度桩柱... 详细信息

根据随机波浪的能量分布特点,建议了一种随机波浪作用下大尺度桩柱的判别方法。在此基础上,利用大尺度桩柱波浪力谱,结合随机函数的降维思想,提出了大尺度单桩及群桩随机波浪力场的降维模拟方法。数值分析表明,此方法生成的大尺度桩柱代表性样本的均值、标准差、功率谱密度函数、自相关及互相关函数均与目标值拟合一致,且模拟精度均高于Monte Carlo方法,模拟效率与Monte Carlo方法相当。基于绕射理论和基于Morison方程分别对大尺度桩柱进行对比分析,以考察大尺度桩柱基于Morison方程所带来的误差。通过对桩柱在单桩及群桩情况下的模拟结果对比分析,进而说明群桩效应对桩柱波浪力的影响。

关键词：随机波浪力降维模拟绕射理论大尺度桩柱

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随机波浪力作用下重力平台的动力反应

国外地震工程 1983年第5期 43-51页

作者： R.Nataraja C.L.Kirk 赵振东

一、前言随着世界耗油量的增加,石油的勘探和生产已转向更为困难的环境条件和更深的水域.在其发展的第一阶段,对水深小于150米的情形,主要是建造混凝土重力式固定平台,当水深在300米以内时,主要是建造钢导管架式平台。1973年6月在北海... 详细信息

一、前言随着世界耗油量的增加,石油的勘探和生产已转向更为困难的环境条件和更深的水域.在其发展的第一阶段,对水深小于150米的情形,主要是建造混凝土重力式固定平台,当水深在300米以内时,主要是建造钢导管架式平台。1973年6月在北海安装了第一座混凝土重力式平台 Ekofisk I。到1977年底将有十二座以上的混凝土平台投入使用。这些平台一般是具有一直延伸到平台三分之一高度的大型格形构造沉箱基础的多塔

关键词：塔柱沉箱广义力传递函数深基础转移函数方程随机波浪力反应函数复数符号重力式平台弹性半空间理论动力反应动力响应

随机波浪力作用下导管架海洋平台动力响应分析

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科技信息 2008年第12期 204-204,230页

作者：赵鑫磊中国海洋大学工程学院山东青岛266100

本文以实际的导管架海洋平台为研究对象,应用大型有限元软件ANSYS对平台进行了有限元建模,建模过程中采用APDL命令和GUI菜单相结合的方式,进而通过模态分析得到海洋平台结构的固有频率和振型,在此基础上考虑随机波浪作用,分析得到海洋... 详细信息

本文以实际的导管架海洋平台为研究对象,应用大型有限元软件ANSYS对平台进行了有限元建模,建模过程中采用APDL命令和GUI菜单相结合的方式,进而通过模态分析得到海洋平台结构的固有频率和振型,在此基础上考虑随机波浪作用,分析得到海洋石油平台的结构动力响应,所得结论对于导管架平台安全性和可靠性的评价有一定指导意义。

关键词：导管架海洋平台有限元随机波浪力谱分析

风暴潮作用下在役海洋导管架平台疲劳可靠度研究

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风暴潮作用下在役海洋导管架平台疲劳可靠度研究

作者：陈小健江苏科技大学

学位级别：硕士

随着全球气候的不断变化，海洋环境变得异常复杂。特别是近年来我国沿海地区台风频发，由此产生的台风风暴潮给近海采油平台的安全带来了严峻考验。在高幅值随机波浪力的长期作用下，容易引发结构的疲劳问题。结构疲劳寿命的影响因素大... 详细信息

随着全球气候的不断变化，海洋环境变得异常复杂。特别是近年来我国沿海地区台风频发，由此产生的台风风暴潮给近海采油平台的安全带来了严峻考验。在高幅值随机波浪力的长期作用下，容易引发结构的疲劳问题。结构疲劳寿命的影响因素大多是不确定的，必须从可靠度理论入手，对结构的疲劳寿命作出合理的预测。应力幅值和应力集中系数是影响结构疲劳寿命的两个重要因素。选取桩腿底部和每层横梁的部分管节点作为研究对象，考察平台结构在随机波浪力作用下的疲劳性能和可靠度。本文以某一导管架平台为例，对风暴潮作用下结构的疲劳可靠度进行了系统地研究。主要研究内容包括：（1）基于随机海浪的二维模型—Longuest-Higgins模型，以改进的JONSWAP谱作为理想海浪谱，通过MATLAB编程实现风暴潮环境下随机海浪的数值仿真。根据Welch算法基本原理，利用MATLAB中的pwelch函数对仿真结果进行功率谱估计。通过与原有的JONSWAP谱进行对比，可以看出仿真效果良好。在此基础上，提出影响仿真结果和功率谱估计的几个主要参数及其取值标准。（2）根据不同波浪理论的适用范围，选用Stokes二阶波和线性波理论，结合线性化Morison方程，分别给出随机波浪力的时域表达式。在此基础上，利用MATLAB求解任意时刻作用在导管架平台杆件上的随机波浪力。运用有限元软件ANSYS建立结构有限元模型，通过施加随机波浪力，对其进行瞬态动力分析，得到平台各点的名义应力时程。（3）考虑到应力集中系数对结构疲劳损伤的影响，首先在ANSYS中利用SHELL63单元建立管节点的局部有限元模型，通过施加整体有限元模型中的位移边界条件，求出各管节点的热点应力，从而得到热点处的应力集中系数。接着，运用雨流计数法统计出各热点的应力时程所对应的等效应力循环。最后，根据S-N曲线和Miner线性疲劳累积损伤理论，估算出各热点的疲劳损伤度D和疲劳寿命N f。（4）介绍了随机疲劳载荷作用下考虑不确定因素的结构疲劳损伤计算方法，给出结构疲劳寿命的参数表达式。通过定义随机变量来描述影响结构疲劳寿命的几种不确定因素，给出不确定因素下结构的疲劳寿命可靠度计算公式。由此，可计算出该导管架平台各点的疲劳寿命可靠度Pr和失效概率Pf。

关键词：风暴潮随机波浪力导管架平台疲劳可靠度