随机波浪谱
Jonswap 谱：联合北海波浪项目
峰形参数a σσ=（当m ωω≤时），b σσ=（当m ωω>时），因此该谱共有五个参量，它们都随各个谱而变化。对于平均的JONSWAP 谱：
3.3γ=
0.07a σ= 0.09b σ=
0.615 1.080.615 1.0883.7220 4.515.403(/)s U kX H m s --==??=
22/9.82201000/15.4039087.368X gX U ==??=
0.330.3322(/)()22(9.8/15.403)9087.3640.69145(/)m g u X rad s ω--==??=
0.220.220.076()0.0769087.3680.0102319X α--==?=
在m ωω≤时，
2222222exp[()/(2)]2
4524
exp[(0.69145)/(0.070.69145)]5exp[426.85695(0.69145)]
54
1
5()exp[()]4150.691450.01023199.8exp[()] 3.3410.285730.9827exp() 3.3m m m S g ωωσωωωωωαγ
ωω
ωω
ωω
----?--=-=?-?=-?
在 m ωω>时，
2222222exp[()/(2)]
2
4524
exp[(0.69145)/(0.090.69145)]5exp[258.22211(0.69145)]
54
1
5()exp[()]4150.691450.01023199.8exp[()] 3.3410.285730.9827exp() 3.3m m m S g ωωσωωωωωαγωω
ωω
ωω
----?--=-=?-?=-?
22
exp[426.85695(0.69145)]
54exp[258.22211(0.69145)]5410.285730.9827exp() 3.3()10.285730.9827exp() 3.3m
m S ωωωωωωωωωωω----?-?≤??=??-?>??
P-M 谱：又称ITTC 谱
4
5
0.78
()exp[ 1.25(
)]m S ωωωω
=
- 其中谱峰频率
1.253/0.59067(/)m rad s ω===
45
5
4
0.78
0.59067
0.78
0.15216
()exp[ 1.25(
)]exp()S ωωω
ωω=
-=
-
TMA 谱：
()()()J S f S f kh =Φ
322
tanh tanh ()tanh tanh 12/sinh 2kh kh
kh kh kh kh kh kh kh
Φ==+-+ 波数k 由色散关系2
tanh gk kh ω=确定， 由()()S f df S d ωω=可知，
()()/()/2()()/2J S S f df d S f S f kh ωωππ===Φ
则()()/2()J J J S f S d df S ωωπω==
()()/()/2()()/2()()J J S S f df d S f S f kh S kh ωωππω===Φ=Φ
22exp[426.85695(0.69145)]
54exp[258.22211(0.69145)]54
10.285730.9827exp() 3.3()()10.285730.9827exp() 3.3()m
m
kh S kh ωωωωωωωωωωω----?-??Φ≤??=??-??Φ>??
取上述JONSWAP 波浪谱为靶谱
22
exp[426.85695(0.69145)]
54exp[258.22211(0.69145)]5410.285730.9827exp() 3.3()10.285730.9827exp() 3.3m
m S ωωωωωωωωωωω----?-?≤??=?
?-?>??
海浪的波面：
~
1
())M
i i i t t ηωε==+
i ε为第i 个组成波的初相位 ，此处取在(0,2π)范围内取均布的随机数；
取^
1()/2i i i ωωω-=+，0.5t s ?=，采用M=200，取频率上限H ω为4倍谱峰频率；（i ω为区间端点频率）
440.69145 2.7658(/)H m rad s ωω==?=
/ 2.7658/2000.013829(/)H M rad s ωω?===
采用^
1()/2i i i ωωω-=+计算时，模拟的所得的波浪将以周期为2/πω?重复出现，除非ω?足够小，否则与实际的波浪情况不符。因此在各区间内部随机的选取频率作为该区间的代表
频率；
由上述参数可以模拟出需要的波面，由下述公式可以得到自相关函数；
1
1
()()()N n
n n R t t
t t N ννηνην
-=?=
+?-∑
,0,1,2,...,t m τνν=?=
此处N=2200,m=100
这样便得到()R τ的1m +个值，它们等间隔地分布着，并分别位于0,,2,...,t t m t τ=???； 有下述公式可以估算谱初值：
2
2
()cos ()cos(2)m t
m
n n
n
L R d R t f t t τ
ντωττνπνπ
π?===
=???∑∑ 此处采用的频率间隔为1
/2N f f m m t
?==
? 1
2n n f n f m t
=?=
?代入上式得：
1
1
211[(0)()cos ()cos ]
220,1,2,...,m n n L R R t R m t n m n m
νπννππ-==+?+?=∑
1
220.06283182n n n f n m t
ωππ
===?
采用哈明(Hamming)窗对初值谱进行光滑处理，得到光滑谱；
对模拟实现的波面进行统计分析可知， 统计波高共150个 最大波高为6.42089 其对应的周期为8.5
1/10大波波高为5.122027 其对应的周期为8.366667 1/3大波波高为4.201093
其对应的周期为8.32 平均波高为2.677328 其对应的平均周期为7.31
模拟实现的谱的一阶谱矩m 0
=1.16832
1/3s H H ==
H =
由线性波浪理论可得：
cos()A kx t ηω=-
cosh ()cosh ()
cos()sinh sinh k z d k z d u A kx t kd kd ω
ωηω
++=-= sinh ()sinh ()
sin()tan()
sinh sinh k z d k z d v A kx t kx t kd kd
ωωηωω++=-=- 在水深20d m =,0x =，3z m =-处水质点的速度为： 1
11
cosh ()cosh17(,)cos()cos()sinh sinh 20m N
i i
i i i i i i i i
i i i i k z d k u z t a t a t k d k ωωεωωε==+=+=+∑∑ 111
sinh ()sinh17(,)sin()sin()sinh sinh 20m N
i i
i i i i i i i i
i i i i k z d k v z t a t a t k d k ωωεωωε==+=+=+∑∑ 把谱分成m 1=200份，取
i a 频率划分的方法采用等分频率的方法，其具体方法和 i ω i ω及i
ε的选取方法同上，由此可以得到速度过程线（下图为速度过程线的一段）；
由速度过程线可以得到自相关函数以及速度谱：
1
1
()()()N n
n n R t u t
t u t N νννν
-=?=
+?-∑
,0,1,2,...,t m τνν=?=
此处N=2200,m=100
这样便得到()R τ的1m +个值，它们等间隔地分布着，并分别位于0,,2,...,t t m t τ=???； 有下述公式可以估算谱初值：
2
2
()cos ()cos(2)m t
m
n n
n
L R d R t f t t τ
ντωττνπνπ
π?===
=???∑∑ 同上采用哈明(Hamming)窗对初值谱进行光滑处理，得到光滑谱；
基于谱分析法的深水海洋平台疲劳寿命分析
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/466329173.html, 基于谱分析法的深水海洋平台疲劳寿命分析作者：关放李开宇 来源：《名城绘》2017年第06期 摘要：导管架平台在服役期间受到海洋复杂载荷的作用而易产生节点疲劳破坏。由于交变应力的随机性，本文采用随机波浪谱和线性疲劳累积损伤理论对导管架式海洋平台在波浪荷载作用下的疲劳进行计算。波浪载荷则使用Morison方程计算，并结合所计算的关键节点的热点应力函数及P-M波浪谱得出疲劳累积损伤。本次分析同时考虑波浪长期随机性对结构疲劳强 度的影响。本文根据此理论使用SACS软件对南海海域某导管架平台进行了计算，所计算的疲劳寿命可为该海洋平台结构设计提供参考。 关键词：海洋平臺；谱分析法；疲劳损伤 目前工程界对海洋平台疲劳分析方法主要有简化疲劳分析方法、谱分析方法以及确定性方法。一般简化疲劳分析方法主要是基于疲劳应力的Weibull分布假设，用经验推荐的形状参数和计算得到的尺度参数代入拟合出该Weibull分布从而进行疲劳计算。谱分析法则是通过计算结构响应，结合波浪谱和波浪概率分布来计算应力长期分布，更为精确和直接，同时计算量也更大。确定性方法主要基于经验曲线进行疲劳寿命估算，精确性也不及谱分析法。海上平台作为海洋石油和天然气资源开发的基础设施，处于一个非常复杂和恶劣的环境中。它受到各种负载的影响，这些负载随时间和空间而变化。这些负荷的影响是长期连续和随机的。连续的周期性波动应力会对平台结构造成疲劳损伤，降低系统的可靠性，给经济安全带来诸多不利影响。因此，海洋平台结构的疲劳寿命分析变得越来越重要。波浪，海风和海流是作用于海上平台的主要载荷。由于风和电流影响平台结构的疲劳损伤相对较小，一般被忽略。本文主要考虑海上平台结构的波浪载荷。疲劳寿命影响作用。 工程行业的海洋平台疲劳分析方法主要包括简化的疲劳分析方法，光谱分析方法和确定性方法。一般简化疲劳分析方法主要基于疲劳应力的威布尔分布假设。经验推荐的形状参数和计算的尺度参数被替换以适合Weibull分布以进行疲劳计算。谱分析规则计算结构响应，结合波谱和波概率分布计算长期应力分布，更准确，更直接，计算量也更大。确定性方法基于疲劳寿命估计的经验曲线，精度不如光谱分析方法。 本文基于结构有限元分析软件SACS计算南海某平台的疲劳损伤度，以中国南海海领域中的一种新型深水固定平台是目标平台，平台结构更加复杂。采用热点应力谱分析方法，完成了主结构典型节点的疲劳强度分析。研究结果可为平台节点的详细设计和疲劳强度评估提供参考。 1谱分析疲劳理论简介 1.1波浪载荷
第七章 波浪理论及其计算原理
第七章 波浪理论及其计算原理 在自然界中；常可以观察到水面上各式各样的波动，这就是常讲的波浪运动，它造成海洋结构的疲劳破坏，也影响船的航行和停泊的安全。波浪的动力作用也常引起近岸浅水地带的水底泥沙运动，致使岸滩崩塌，建筑物前水底发生淘刷，港口和航道发生淤积，水深减小，影响船舶的通航和停泊。为了海洋结构物、驾驶船舶和船舶停靠码头的安全，必须对波浪理论有所了解。 一般讲，平衡水面因受外力干扰而变成不平衡状态，但表面张力、重力等作用力则使不平衡状态又趋于平衡，但由于惯性的作用。这种平衡始终难以达到，于是，水体的自由表面出现周期性的有规律的起伏波动，而波动部位的水质点则作周期性的往复振荡运动。这就是波浪现象的特性。 波浪可按所受外界的干扰不同进行分类。 由风力引起的波浪叫风成波。 由太阳、月亮以及其它天体引起的波浪叫潮汐波。 由水底地震引起的波浪叫地震水波 由船舶航行引起的波浪叫船行波。 其中对海洋结构安全影响最大的是风成波。 风成波是在水表面上的波动，也称表面波。风是产生波动的外界因素，而波动的内在因素是重力。因此，从受力的来看；称为重力波。 视波浪的形式及运动的情况，波浪有各种类型。它们可高可低，可长司短。波可是静止的一一驻波（即两个同样波的相向运动所产生的波，也可以是移动的——推进波以一定的速度将波形不变地向一个方向传播的波），可以是单独的波，也可以是一个接一个的一系列波所组成的波群。 §7-1 液体波动理论 一、流体力学基础 1、速度场 描述海水质点的速度随空间位置和时间的变化规律的一个矢量。 ),,,(t z y x V V = 它的三个分量为： x 方向的量：),,,(t z y x u u = y 方向的量：),,,(t z y x v v = z 方向的量：),,,(t z y x w w = 2、速度势 对于作无旋运动的液体，存在一个函数，它能反映出速度的变化，但仅仅是反映速度大
随机波浪谱
Jonswap 谱：联合北海波浪项目 峰形参数a σσ=（当m ωω≤时），b σσ=（当m ωω>时），因此该谱共有五个参量，它们都随各个谱而变化。对于平均的JONSWAP 谱： 3.3γ= 0.07a σ= 0.09b σ= 0.615 1.080.615 1.0883.7220 4.515.403(/)s U kX H m s --==??= 22/9.82201000/15.4039087.368X gX U ==??= 0.330.3322(/)()22(9.8/15.403)9087.3640.69145(/)m g u X rad s ω--==??= 0.220.220.076()0.0769087.3680.0102319X α--==?= 在m ωω≤时， 2222222exp[()/(2)]2 4524 exp[(0.69145)/(0.070.69145)]5exp[426.85695(0.69145)] 54 1 5()exp[()]4150.691450.01023199.8exp[()] 3.3410.285730.9827exp() 3.3m m m S g ωωσωωωωωαγ ωω ωω ωω ----?--=-=?-?=-? 在 m ωω>时， 2222222exp[()/(2)] 2 4524 exp[(0.69145)/(0.090.69145)]5exp[258.22211(0.69145)] 54 1 5()exp[()]4150.691450.01023199.8exp[()] 3.3410.285730.9827exp() 3.3m m m S g ωωσωωωωωαγωω ωω ωω ----?--=-=?-?=-? 22 exp[426.85695(0.69145)] 54exp[258.22211(0.69145)]5410.285730.9827exp() 3.3()10.285730.9827exp() 3.3m m S ωωωωωωωωωωω----?-?≤??=??-?>?? P-M 谱：又称ITTC 谱 4 5 0.78 ()exp[ 1.25( )]m S ωωωω = - 其中谱峰频率 0.59067(/)m rad s ω===
波浪有效波浪高度说明
有效波浪高度 美国国家海洋和大气局（NOAA ）气象观测（NWS）的海洋天气预报包含有主要风速与风向及有效波高信息。这里的“有效波高”并不像风信息那样为大家熟知。任何使用海洋天气预报的人需要对有效波高有一个清楚的认识。这里首先回顾一下基本的海洋波浪类型。 波浪构成：波浪是由风作用在海面上形成的。浪高由下列三个因素构成：风速、风区长 度、风时。风区长度是状态相同的风作用海域的范围。高风速长时间作用在很长的范围内将 造成最大的波浪。由当地的风造成的波浪称为风浪。风浪一般波峰线短，周期小，在风速近 似15节时出现破碎现象。 风浪示意图 在开阔海域，波浪形式变得更加复杂。波浪仍然是由当地的风形成的，但一旦形成后， 海浪将传播几千海里的距离。波浪在传播处其生成区域后，不再是当地风的作用，这时被称作涌浪。与风浪相比较，涌浪有更大的波长及更平滑的波峰。随着时间的推移，涌浪将传播 很长的距离，与其它很远处风暴形成的浪相交汇，并向不同的方向传播，最后在海岸线处消 亡。因此，海洋表面包含有上千种相互作用的，在不同位置产生，并以不同速度向不同方向 运动的浪。这也就是所说的“波浪谱”：不同浪高、频率及运动方向的波浪的结合体。 波浪度量：波浪的特性取决于三个参量：浪高、浪长、浪周期（或频率）。第四个波浪 参量是波陡。浪高是波浪的波谷到波峰的距离。浪长是连续波峰或波谷之间的距离。波周期 是连续的波峰或波谷通过某一固定位置所花费的时间。与涌浪相比较，风浪有更小的浪高及 更小的波浪周期。 Wave length 波浪参数图示 波陡是波高与波长的比。波陡可以从浮标测量的波高与周期推导得出。当风浪高度与周 期值接近时（例如：六英尺，六秒）波陡将非常剧烈。当波陡非常剧烈时，小船将有可能翻 覆。当波浪从其发源地向远处传播时，其波长与周期都逐渐增大。因此，大于10或12秒的
随机波浪谱
Jonswap 谱： 峰形参数a σσ=（当m ωω≤时），b σσ=（当m ωω>时），因此该谱共有五个参量，它们都随各个谱而变化。对于平均的JONSWAP 谱： 3.3γ= 0.07a σ= 0.09 b σ= 0.615 1.080.615 1.0883.7220 4.515.403(/)s U kX H m s --==??= 22/9.82201000/15.4039087.368X gX U ==??= 0.330.3322(/)()22(9.8/15.403)9087.3640.69145(/)m g u X rad s ω--==??= 0.220.220.076()0.0769087.3680.0102319X α--==?= 在m ωω≤时， 2222222exp[()/(2)]2 4524 exp[(0.69145)/(0.070.69145)]5exp[426.85695(0.69145)] 54 1 5()exp[()]4150.691450.01023199.8exp[()] 3.3410.285730.9827exp() 3.3m m m S g ωωσωωωωωαγ ωω ωω ωω ----?--=-=?-?=-? 在 m ωω>时， 2222222exp[()/(2)] 2 4524exp[(0.69145)/(0.090.69145)] 5exp[258.22211(0.69145)] 54 1 5()exp[()]4150.691450.01023199.8exp[()] 3.3 410.285730.9827exp() 3.3m m m S g ωωσωωωωωαγωω ωω ωω ----?--=-=?-?=-? 22 exp[426.85695(0.69145)] 54exp[258.22211(0.69145)]5410.285730.9827exp() 3.3()10.285730.9827exp() 3.3m m S ωωωωωωωωωωω----?-?≤??=??-?>?? P-M 谱： 4 5 0.78 ()exp[ 1.25( )]m S ωωωω = - 其中谱峰频率 1.253/0.59067(/)m rad s ω===
波浪的基本知识
于老师好，各位同学好： 首先我们先来看几组照片。左边这幅照片是去年7月大连市的海滨浴场，从照片中我们可以看到海滩逐渐被吞噬，沙子也被卷走了；坚固的防波堤也被巨大的海浪拍得支离破碎。因为公园遭海浪侵蚀后逐年亏损，几年下来已经亏损近700万元。右边这幅照片是被近岸浪破坏的渔场网箱，对当地的渔民也照成了极大的损失。 这是2013年3月烟台市，海浪对沿岸造成的破坏。我们可以看到广场的地面理石板、等设施造成严重破坏。巨大的风浪还将海岸的石柱拍倒了2根，甚至弄断了铁链。 由此可见，海浪是海洋建筑物遭受的主要荷载之一，波浪力可造成建筑物的严重破坏。因此，了解海浪的发生与发展规律，研究波浪的计算方法，可以为海洋工程建筑物的规划、设计、施工和管理提供了合理可靠的数据，对于保证建筑物的安全具有重要意义。 接下来我们了解一下波浪要素。 风浪、涌浪和混合浪是比较常见的三种波浪。风浪指的是在风的直接作用下产生的水面波动，其基本特征是：风浪中同时出现许多高低长短不等的波，波面较陡而且粗糙，波峰线较短，波峰附近有浪花或大片泡沫，此起彼伏，瞬息万变，初看无规律可循。涌浪是指风停止后在海面上继续存在的波浪或离开风区传播至无风水域上的波浪。其基本特征是：具有较规则的外形，排列整齐，波面较平滑，波峰线长。涌浪再传播进入另一个风场后的波浪，与风浪进行叠加形成
的波浪称为混合浪。 按照周期的不同，波浪可分为毛细波，重力波和长周期波。毛细波和重力波都是由于风的作用引起的，当风力很小时，海面上出现的微小皱曲的涟波就是毛细波，它的复原力主要以表面张力为主，其周期小于1s。当波浪尺度较大时，水质点恢复力主要是重力，这种波浪成为重力波，如风浪、涌浪、船行波等。其周期大于5分钟的成为长周期波，主要是由于日、月引力造成的潮波，其复原力除了重力还有科氏力。 海面上的波浪是一种随机现象，其波浪要素是不断变化的，称为不规则波。大洋中的风浪就是不规则波。为了研究波动规律，人们用一种理想的、各个波的波浪要素均相等的波浪系列来代替不规则波浪系列，这种理想的波浪称为规则波。实验室内人工产生的波浪就是规则波。离开风区后自由传播时的涌浪接近于规则波。按照波浪传播海域的水深可分为深水波，浅水波和极浅水波。一般相对水深，即水深与波长的比值大于二分之一时称为深水波。二十五分之一或二十分之一到二分之一之前称为浅水波，小于二十五分之一或二十分之一是极浅水波。后面这些与前面都是相对应的。 此外 ·根据一个波浪周期内水质点的运动轨迹是否封闭，可分为震荡波和推移波 ·根据波形是否向前传播，可分为前进波和驻波。 ·根据波浪是否破碎，可分为破碎波，未破碎波和破后波。
波浪理论研究分析
我对波浪理论的研究 一炷心香 一、波浪理论最值得学习的地方在可以预测未来一段的走势。 二、波浪理论和斐波那契数列只是在证券市场走势中经常出现，但并非必然，不可偏 执，需灵活操作才是王道。涨多了要跌，跌多了要涨，这才是真理。 三、在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。若要在特定的周期中正确地 指认某一段波浪的特殊属性，不仅需要形态上的支持，而且对波浪运行的时间做出正确的判断。波浪理论易学难精，易在形态上的归纳、总结，难在价位及时间周期的判定。 四、在8浪中，的上升浪与下跌浪各占4个，这就是对称性。 五、与大一级趋势相反的运动只是一种徒劳的抵抗。时刻注意其调整浪发展成大一级 的驱动浪。 六、调整浪绝不会是5浪结构，与大一级走势相反的调整浪如果初期出现5浪结构， 那么这里就不是调整浪的结束，而仅是调整浪的一部分。 七、调整浪锯齿形：5-3-5，其中有单锯齿、双锯齿和三锯齿。 八、 调整浪的平台型：3-3-5，有普通平台、扩散平台和顺势平台。变形平台，C不一定走完，也会在A前结束。
九、 十、调整浪三角形：3-3-3-3-3，收缩三角形分为上升三角形、下降三角形和对称三角 形。还有一种变种的扩散型。 三角形调整浪总是在大一级浪的最后一个作用浪之前出现。即推动浪的第4浪或者ABC调整结构的B。如果三角形调整浪在第四浪位置发生，那么第5浪突破后的运动幅度等于三角形调整浪的最宽幅度。 十一、联合性调整浪：双重三浪或者三重三浪。 十二、如果一波上升浪的第五浪是延长浪，那么继而发生的调整将非常剧烈，并会在延长浪第二浪的最低点找到支撑，有时调整会在那里结束。同时也说明发生五浪延长浪也预先警告了市场即将回撤或者转势。
深水半潜式平台系泊系统设计研究
第14卷第5期船舶力学Vol.14No.5 2010年5月Journal of Ship Mechanics May2010文章编号：1007-7294（2010）05-0495-09 深水半潜式平台系泊系统设计研究 周素莲，聂武，白勇 （哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨150001） 摘要：随着海洋平台逐步向更深水域的发展，系泊系统设计成了深海平台开发的关键问题之一。该文主要采用时域计算方法对系泊系统进行动力响应分析，给出了深水半潜式平台系泊系统的基本设计方法，并对2000m水深的半潜式平台系泊缆索进行了8根与12根锚链线的系泊方案的对比分析，结果表明系泊方式不同，锚泊线的张力，系统的运动响应都受到了一定程度的影响。 关键词：深水半潜式平台；时域；动力响应分析；系泊方案 中图分类号：U675.92文献标识码：A Investigation on mooring system design of a deepwater semi-submersible platform ZHOU Su-lian,NIE Wu,BAI Yong (Department of Ship Building,Harbin Engineering University,Harbin150001,China) Abstract：With the development of the offshore platform used in deeper and deeper waters,the design of moor-ing system is one of the key issues in the exploitation of platforms for deepwater.In this paper,the dynamic response analysis of mooring system is solved in time domain,and a basic design method of deepwater se-mi-submersible platform mooring systems is presented.Then the comparative analysis of the mooring system in the depth of2000m,which has8and12mooring lines to position is carried out.The results show that the platform motion responses and the mooring line tensions are effected to some extent by the different mooring scheme. Key words:deepwater semi-submersible platform;time domain;dynamic response analysis; the mooring scheme 1引言 随着海上油气勘探和开采技术不断发展，海洋油气生产浮式结构的工作水深不断增长。这些海上结构通常主要采用两种定位系统[1]：系泊定位系统和动力定位系统。由于系泊系统具有投资少、使用和维修方便等特点，因而系泊系统是目前主要采用的定位系统，其广泛应用于半潜式钻井平台、钻井船以及半潜式采油平台。与其他工程问题一样，一种方法的选取及其有效性取决于其所采用的假定与真实情况的符合程度。系泊系统所受的载荷主要有自重、流力、波浪力等，可以根据不同情况得到不同的计算模型来对其进行动力分析，对于系泊系统的动力分析目前已有学者进行了相关研究[2-8]，其中肖越，王言英[2]采用频时域相结合的方法分析了水深为119.5m的浮体运动响应与锚泊线张力。童波，杨建民等[3] 收稿日期：2009-09-29 作者简介：周素莲（1981-），女，哈尔滨工程大学船舶工程学院讲师，博士研究生，Email:lsczsl@https://www.wendangku.net/doc/466329173.html,; 聂武（1944-），男，教授，哈尔滨工程大学船舶工程学院博士生导师，主要从事各种海洋工程结 构动态响应分析。
海浪波长以及波浪力计算
Option Explicit Dim L1 As Single, L2 As Single, t As Single, d!, k!, kd!, thkd!, H!, D1! Dim CD As Single, CM As Single, l As Single, Ko As Single Dim Fhdmax As Single, Fhlmax As Single, Mhdmax As Single, Mhlmax!, Fhmax!, Mhmax! Dim 0 As Sigle Const Pi = 3.141592653 Coist G = 9.8 Con st Y = 1025 Private Sub Commaid1_Click() Dim r As Iiteger Do While True L1 = Val(I iputBox(" 请输入波长L1：", "求解设计波长：", "100")) t = Val(IiputBox(" 请输入设计波周期T：", "请输入", "6")) d = Val(I iputBox(" 请输入设计水深d：", "请输入", "20")) If L1 <= 0 Thei r = MsgBox("请输入一个正数！", 5,"输入错误”) If r = 2 Thei Eid Eid If Else Exit Do Eid If Loop k = 2 * Pi / L1 kd = k * d thkd = (Exp(kd) - Exp(-kd)) / (Exp(kd) + Exp(-kd)) L2 = G * (t A 2) * thkd / (2 * Pi) Do Uitil Abs(L2 - L1) < 0.001 L1 = L2 k = 2 * Pi / L1 kd = k * d thkd = (Exp(kd) - Exp(-kd)) / (Exp(kd) + Exp(-kd)) L2 = G * (t A 2) * thkd / (2 * Pi) Loop Priit "设计波长是："; L2 Priit "波数："; Format$(k, "0.0000") Eid Sub Private Sub Commaid2_Click() Eid Eid Sub Private Sub Commaid3_Click() H = Val(IiputBox(" 请输入设计波高H：", "请输入", "3")) D1 = Val(IiputBox(" 请输入桩柱直径D1：", "请输入", "2")) l = Val(IiputBox(" 请输入桩柱间距l：", "请输入", "15")) If d / L2 < 0.5 Then Print Print "相对水深d/L2:"; d / L2 Print " 采用线性波理论计算:" Else
基于波浪谱分析的重大件货物在船受力计算
基于波浪谱分析的重大件货物在船受力计算 王彪，王扬 大连海事大学航海学院，大连（116026） E-mail ：wangbiao820109@https://www.wendangku.net/doc/466329173.html, 摘 要：本文立足于我国海上重大件运输的实际，提出了一整套采用了海况长期预测技术和谱分析技术，预测重大件货物在既定航次的环境中所受外力的方法，与IMO 的CSS 规则中推荐的方法及中国船级社的拖航指南中的方法相比，更贴近运输实际且易于为从事工程设计人员理解，适合于海上重大件货物运输的现实要求。 关键词：重大件，外力，海况预测，谱分析 1. 引言 由于海上货物运输中因绑扎不牢引起的事故不断增多，IMO 制定货物积载与系固规则（CSS 规则），推荐用来计算货件在船所受外力；中国船级社也制定了拖航指南供驳船装载货件时计算货件所受外力。但在海上运输重大件货物过程中，货物重量及尺寸导致货件受力较大，若不能较精确的预测每个航次货件所受外力，则货件很可能由于受力估计不足而导致绑扎系固不牢，从而在遇到较恶劣的海况时，招致货损。本文着力于引入海况长期预测技术，利用船舶耐波性理论中较成熟的谱分析方法，较真实地考虑进航行过程中波浪运动对货件受力的影响，预测货件在既定航次环境中所受外力。货件所受外力可简化为惯性力、风作用力和波溅力，此三力的总和即为货件所受外力，其在三个方向上的受力如下面三式。本文即从这三方面入手，结合已有的较成熟的方法提出作者设计的实用计算方法，供海上重大件运输从业者参考使用。 x eix wx s F F F F =++ y eiy wy F F F =+ z eiz F F = 由于后文中，对货件绑扎不利的力的计算皆采用了趋于安全的值（对于横摇和纵摇时的风力和波溅力的减小，予以忽略），因此利用后文方法计算得出的各力相加所得代数和值作为设计外力来设计绑扎方案，是趋于安全的。 2. 惯性力 2.1 确定途经海区的最恶劣海况 对于重大件运输，需要较准确的计入海况的影响。目前世界上较有影响的海浪数据库有GWS （Global Wave Statistics ）、IMDSS （Integrated Marine Decision Support System ）和ClioSat （climatological atlas ），而这三个数据库中GWS 相对于其他两种数据库，对海浪的预报值偏大，即偏于安全，因此本文对海浪的长期预报采用GWS 中的波浪数据。1 GWS 中的波浪数据的来源为由不列颠海事技术有限公司于1986年出版的《全球波浪统计数据》一书（若有条件，也可在互联网上付费订购最新的波浪数据，网址：https://www.wendangku.net/doc/466329173.html, ）。 此书包含了全球海洋波浪的统计数据，意于为那些需知道遇到特定区域的（将波高、波浪周期和波浪方向作为整体考虑）波浪的概率的人提供一个参考指南。此书提供了104个海
船舶操纵运动波浪力计算
船舶操纵运动波浪力计算 2.1 不规则波入射力计算模型 依据概率统计理论，不规则波的波面可以看作是由一系列具有不同的频率、波数、波幅、传播方向以及随机分布初相位角的规则波叠加而成。在实际应用中寻求海浪的统计特性，通常采用“波能谱”的概念来描述海浪。 海浪形成的过程是风把能量传递给水的过程。这一过程大致可分为两个阶段，第一阶段为波浪生长阶段，当风最初作用于海面上时，海面开始出现较小的波，随着时间的增长，风不断地把能量传递给水，波浪越来越大，显然这一阶段海浪是比较复杂，其统计特性随时间不断变化，这一阶段的海浪描述描述相当复杂。但是，当波浪渐趋稳定时，波的能量达到一定值，其统计特征基本上不随时间变化，为了这一阶段海浪的数学描述，应用波谱密度函数，从大量观察分析结果表明海浪以及船舶在波浪中的运动等均属于狭带谱的正态随机过程，因此基于以下假设： 1．波浪为弱平稳的、各态历经的、均值为零的正态(高斯)随机过程。 2．波谱的密度函数为窄带。 3．波峰(最大值)为统计上独立的。 由波的方向性谱密度，不规则波的波面可用下列随机积分表示来描述： ??- ∞ +-+=220 ),(2)],()sin cos (cos[),,(π π?θωθωθωεωθηθξηξ?d d S t k t （2-1） 其中，),(θω?S 为波谱密度函数，表示了不规则波浪中各种频率波的能量在总能量中所占的份量。 仅考虑波沿主浪向运动的情况，并将式（2-1）转化为随船坐标系下表示为： ?∞ +--=0 )(2)]()sin cos (cos[),,(ωωωεωμμ??d S t y x k t y x e （2-2） 为了方便计算，将波能谱密度函数进行离散，用求和形式代替上式的积分如下： ∑=+--?=n i i ei i i t y x k S t y x 1 ])sin cos (cos[)(2),,(εωμμωω?? （2-3） 其中，相位角i ε可视为均匀分布在（0，2π）区间内的随机变量。 由于不规则波可看作是多个规则谐波分量叠加的结果，因而航行于不规则波浪中的船舶所受到的主干扰力仍然依据傅汝德-克雷洛夫（Froude-Krylov ）假设。 类比规则波主干扰力的推导过程，深水中不规则波浪对船体的主干扰力（力矩）仍然是对压力差沿船体表面进行的积分，同样将船体简化成箱体，经推广可得不规则波对船体的主干扰力和力矩的数学模型表达如下：
不规则波作用下海床面上的波浪压力计算_别社安
1998年3月 水 利 学 报 SH UILI XUEBAO 第3期 不规则波作用下海床面上的波浪压力计算 别社安 赵子丹 (天津大学水资源与港湾工程系) 王光纶 (清华大学水利系) 摘 要 本文指出并分析了线性叠加法计算不规则波作用下海床面上的波浪压力的不合理性,进而提出了一种改进的线性叠加法.理论计算与实验数据的比较表明这种改进的线性叠加法是有效的,并且简单、实用.关键词 不规则波浪,波浪压力,线性叠加法. 1 问题的提出 在如图1所示的坐标系中,不规则波序列的波面方程可写成如下的形式 η(x ,t )= ∑∞ n =1 a n cos ( k n x -ωn t +εn ),(1) 式中,η(x ,t )表示坐标位置x 处在t 时刻的波面高程;a n 、k n 、ωn 和εn 分别为第n 个组成波的 波幅、波数、圆频率和初相角. 图1 不规则波序列 按线性波理论,采用叠加法即可求得不规则波动场中的波浪压力 p ρg =∑∞ n =1 a n chk n z chk n d cos (k n x -ωn t +εn ),(2) 在水底处 p b =∑∞n =1 a n 1chk n d cos (k n x -ωn t +εn ),(3) 式中,p 为水深z 处的波浪压力,p b 为水底面处的波浪压力,ρ为水的质量密度,g 为重力加速度, d 为水深. 各组成波的波高a n 、圆频率ωn 和初相位εn 可以通过不规则波的模拟计算(频谱模拟或波列模拟)求得,ωn 和k n 按线性波的色散关系式确定,即 ω2 n =k n g th k n d . (4) 将实验中的实测波浪参数代入式(3),求得水底面上的波浪压力,然后可与实测的波压力进行比较.图2给出了一组波浪的计算波压力与实测波压力的比较,从图中可以看出,直接按式(3)求得的水底面上的波浪压力与实测压力相差较大.原因在于用式(1)描述的不规则波序列中包含有大量的高频波,若用式(4)确定ωn 和k n 的关系,则对于这些高频波,与其对应的波数k n 将较大,从而使得 1ch k n d 很小,这样在式(3)中就不存在高频波的作用了,因此,采用式(2)和式(3)来计算 不规则波动场中的波浪压力就不合理了. 实际上,虽然不规则波的波面可用式(1)的形式来描述,但其运动和对海床面的作用是整体进行的,无论是何种条件下不规则波均属于非线性波的范畴,严格来讲,不应采用线性叠加法来计算不规则波浪的波压力,应采用非线性理论方法来进行计算.如果为了计算上的简单,对线性叠加法计算不规则波作用下的波浪压力的计算公式进行改进,使其能满足工程应用的要求,也是可行的. 本文于1996年8月28日收到. DOI :10.13243/j .cn ki .slxb .1998.03.003
随机波浪谱
Jonswap 谱：联合北海波浪项目 峰形参数 a （当 m 时）， b （当 都随各个谱而变化。对于平均的 JONSWAP 谱： 3.3 0.615 1.08 0.615 1.08 U kX 0.615 H s 1.08 83.7 220 0.615 4.51.08 15.403( m / s) X gX /U 2 9.8 220 1000 /15.403 2 9087.368 m 22(g/u)(X) 0.33 22 (9.8/15.403) 9087.364 0.33 0.69145(rad / s) 0.22 0.22 0.076( X ) 0.22 0.076 9087.368 0.22 0.0102319 在 m 时， S( ) g 2 15 exp[ 5 ( m )4] exp[ ( m )2/(2 22m )] 4 2 1 5 0.69145 4 exp[ ( 0.69145)2 /(0.072 0.691452 )] 0.0102319 9.8 2 5 exp[ ( )4] 3.3 exp[ ( 0.69145) /(0.07 0.69145 )] 5 4 0.9827 15 exp( 0.2854 73 ) 3.3exp[ 426.85695( 0.69145)2 ] 在 m 时， S( ) g 2 15 exp[ 5( m )4] exp[ ( m )2/(2 22 m )] 5 4 2 1 5 0.69145 4 exp[ ( 0.69145)2 /(0.092 0.691452 )] 0.0102319 9.8 5 exp[ ( ) ] 3.3 4 1 0.28573 exp[ 258.22211( 0.69145)2 ] 0.9827 5 exp( 4 ) 3.3 exp[ 258.22211( 0.69145) ] S( ) 0.9827 1 5 exp( 0.28573) 4 ) 3.3exp[ 426.85695( 0.69145)2] 0.9827 1 5 exp( 0.28573) 4 ) 3.3exp[ 258.22211( 0.69145)2] P-M 谱：又称 ITTC 谱 1.253/ H s 1.253/ 4.5 0.59067(rad /s) 0.07 b 0.09 S( ) 0.75 8exp[ 1.25( m )4 ] m 时），因此该谱共有五个参量，它们 其中谱峰频率
星载雷达波谱仪反演海浪谱的精度研究
第32卷 第5期海 洋 学 报 Vo l 132,N o 152010年9月 ACT A OCEANOLOGICA SIN ICA September 2010 星载雷达波谱仪反演海浪谱的精度研究 林文明1,2,董晓龙1* (1.中国科学院空间科学与应用研究中心,北京100190;2.中国科学院研究生院,北京100049) 收稿日期:2010-05-07;修订日期:2010-07-22。 基金项目:国家高技术研究发展计划(/八六三0计划)课题(2007AA12Z119)。 作者简介:林文明(1984)),男,福建省仙游县人,博士研究生,研究方向为星载雷达散射计信号处理及微波遥感技术。E -mail:1inw enzi1984@https://www.wendangku.net/doc/466329173.html, 通信作者:董晓龙(1969)),男,陕西省人,研究员,主要从事微波遥感理论研究以及微波遥感器系统研究、设计与研制等。E -m ail:dxl@nm https://www.wendangku.net/doc/466329173.html, 摘要:介绍了星载雷达波谱仪的观测原理及误差分析模型,并在H auser 等提出的SWIM (sea w ave investigatio n and mo nitoring by satellite)的基础上分析了波谱仪反演海浪谱的波长分辨率和角度分辨率。为了减小反演调制谱的波动,在数据处理过程中时域和波数域相邻单元的平均个数分别为10和8个。系统在不同的模式下工作,为了获取20b 的角度分辨率,对调制谱平均次数分 别取3次(模式1)、7次(模式2)、10次(模式3)。使用解析法和仿真法分析了SWIM 工作在模式2时海浪谱观测的能量误差,两种方法的结果一致。对于给定的海浪条件,能量误差小于20%。关键词:雷达波谱仪;海浪谱;精度指标;能量误差 中图分类号:T P732.1 文献标志码:A 文章编号:0253-4193(2010)05-0009-08 1 引言 海洋波浪谱信息在数值波浪预测模型的数据同化中可以改善波浪预测的精度[1]。以往的数据同化一般都是基于波浪谱的总能量,而忽略了谱的具体参数,因此需要假定波浪特性。对于全球性的海浪预测,需要卫星遥感技术提供大尺度海浪谱观测的数据。合成孔径雷达(SAR)是当前惟一用于海浪方向谱估计的星载传感器,但SAR 图像与真实的海浪具有非线性的关系,由图像提取海浪谱并不直观;SAR 观测受限于海面的运动特性和海浪的波长,并非所有海况都能成像;由于SAR 的功耗和数据量的限制,不能实现全球观测,并且SAR 图像比较昂贵,因此利用SAR 观测的海浪谱来预测波浪并没有得到广泛应用[1-2]。国际上利用雷达波谱仪进行海浪谱观测的研究已经开展并取得了一定的成果。Jackson 等[3]论证了利用机载和星载真实孔径雷达即雷达波谱仪测量海浪 谱的可行性,并分析了相应的数据处理流程;通过对比机载Ku 波段雷达(ROWS)海浪方向谱观测数据和现场观测数据,证明ROWS 测量的海浪谱与浮标测量的海浪谱相当吻合[4]。H auser 等[1]利用C 波段的机载雷达(RESSAC)进行海浪谱测量实验,观测结果也与真实值一致。H auser 等[1]还提出了利用星载雷达进行表面波研究和监测计划(SWIM SAT,sea w ave investigation and monitoring by satellite ),并建立了相应的仿真模型,指出SWIM SAT 能够测量波长大于70m,有效波高大于1.5~2.0m 的海浪谱信息。 真实孔径雷达波谱仪是一种较新的遥感仪器,它的应用指标还没有统一的规范。本文在SWIM 的基础上,分析了雷达波谱仪的海浪方向谱的角度测量精度、波长确定度,并利用解析法着重分析了雷达波谱仪的能量误差指标,最后通过仿真的方法进一步验证雷达波谱仪的精度指标。用解析法和仿真得到的结果一致。研究这些精度及指标将为雷达波
波浪理论及应用
波浪理论及应用 课程名称：《波浪理论及应用》 课程名称：（英文）Wave Theory and It's Applications 课程编号：S0******* 课程组长：吴宋仁教授 课程性质：专业基础课 学分：2 学时：40 其中：理论教学学时32，实验（实践）教学学时8 适用专业：港口、海岸及近海工程 课程教材：《波浪理论及其在工程中的应用》 参考书目：1.Wave action on maritime structures 2.随机波浪及其工程应用 3.Mechanics of Wave Forces on Offshore Structures 教学方式：讲授、自学和试验。 考核方式：考试，其中平时作业15％，试验15％，期末考试70％。 先修课程：数学物理方程、流体力学、计算流体力学 编写日期：2006年12月 课程目的与要求： 本课程是《港口、海岸及近海工程》专业的一门专业基础课，课程目的在于培养学生以科学态度学习和掌握波浪运动机理、基本理论和研究方法以及波浪与海工建筑物相互作用的机理和计算原理及方法。要求熟练掌握描述波浪运动的控制方程和定解条件、线性波的运动机理、控制方程和定解条件、求解方法和主要结果及其适用条件；掌握非线性波的运动机理、控制方程和定解条件、求解方法和主要结果及其适用条件、随机过程的海浪理论的统计特性和海浪谱、波浪与直立墙的相互作用的机理和作用力的计算方法、波浪与墩柱的相互作用的机理和作用力的计算方法、波浪与浮式建筑物的相互作用的机理和作用力的计算方法。 课程内容及学时分配： 第一部分课堂教学 第一章数学和水动力学有关知识2学时 第1节台劳级数 第2节向量分析、向量微分 第3节线积分 第4节速度势、势函数、流函数 第5节坐标与坐标变换 第二章波浪理论8学时 第1节微幅波理论 第2节Stokes波理论 第3节浅水波理论 第三章随机波理论基本知识4学时 第1节随机波统计特征 第2节海浪谱 192
随机波浪的模拟1
随机波数值模拟方法 1 概述 研究海浪及其对工程的作用有三种途径：一是现场观测研究；二是在实验室内进行模拟研究；三是理论分析研究。由于海浪的复杂多变性，加上现场环境恶劣，进行现场观测需花费大量的人力物力；理论研究目前也有较大的局限性，特别是对于不规则波浪，很多问题有赖于室内的模拟研究。 模拟研究的方法可分为两大类。开始是在水槽或水池内利用风或造波机进行物理模拟，亦即进行波浪模型试验。在人们的精心设计下，可以把负责的现象分解为多个简单的模型，然后再把成果综合起来。过去已取得了大量的研究成果，目前仍是主要的研究方法之一。随着电子计算机的发展和普及，海浪的数值模拟得到迅速的发展，它具有经济方便等优点，日益受到人们的重视和广泛的应用。天然海浪是很复杂的，人们对它的认识和研究过程是由简到繁，由浅入深，及即由单向规则波—斜向规则波—单向不规则波—多向不规则波。 2 不规则波浪的数值模拟—模拟频谱 单向不规则波浪的数值模拟方法，大多建立在线性波浪理论的基础上。本文主要介绍利用线性叠加法和线性过滤法进行二维不规则波的模拟。 2.1 线性波浪叠加法 在工程中，如果已经得到了特征波的波参数如有效波高H s、周期T 等参数，如何得到一列不规则波面时间历程呢？一般通过模拟靶谱法来完成。将有效波高H s、周期T 等参数代入某波浪频谱形式中，得到的海浪谱即为靶谱。现在要模拟某波面不规则波面时间历程，使得模拟的波谱同靶谱一致。 平稳海况下的海浪可视为平稳的具有各态历经性的随机过程，波动可以看作无限多个振幅不等、频率不等、初相位随机的简谐余弦波叠加而成，即 M t a i cos k i x i t i (1 i 1
波浪理论形态图分析
波浪理论形态图分析 一、波浪调整的三种常见基本形态 １、平势调整（强势） 波段（A-B）=[波段（5-A)×黄金分割率（0.382、0.5、0.618）] 波段（B-C)=波段（A-B)×黄金分割率 C高于A点，波段（5－A)及波段（A-B)均为三浪式 波段（B-C）由五段式组成 波段（5-C）＝调整波（0-5)×[黄金分割率(＋-0.034) ２、穿头破脚型调整（强势）
波段（A-B）=波段（5-A)×1.236（或1.382） 波段（B-C)=波段（5-A)×[1.618(＋-0.034)] 波段（5-A)及波段（A-B）总以三波段组成 波段（B-C）以五波段组成 波段（5-C）＝波段（0-5）×[黄金分割率(＋-0.034)] ３、之字型调整（弱势） 调整波（A-B）＝[波段（5-A)×黄金分割率（0.382、0.5、0.618）]波段（B-C）=波段（5－A) 波段（5-C）=波段（0-5)×黄金分割率
二、波浪走势图 四十二浪图（一张图让你看懂波浪理论）
每张小的浪型图上都有一个字：“推”表示推动浪；“调”表示调整浪；“弹”表示反弹浪；希望大家留意！ 口诀心法： 技巧 一： 1、一三五浪可加长，每段细分五小浪； 2、另有等长九段波，顶底不连通道长； 3、三三相隔十五段，五三交错亦寻常； 技巧二： 1、调整浪型有三种，之字平坦三角型； 2、之字三段abc，5-3-5浪要记清； 3、特殊情况双之字，七波两个之字型； 4、平坦都是三三五，略与之字有不同； 5、九种变形不复杂，区别尽在bc中； 6、波起浪伏有形状，常见上斜与扩 张； 7、喇叭斜三现一浪，二浪之后走势 强； 8、五浪若是此模样，分批减磅远危 墙； 9、a浪止住回头看，a3a5不一
波浪理论的8浪特征分析
波浪理论的8浪特征分析(2008-11-16 12:45:17) 标签：杂谈分类：趋势、形态、波浪一浪 ---在发生前，MACD指标会出现背离现象，哪一级的K线有背离，浪就是哪一级的。 一浪可以是契形，应是5浪式，有时也是两波式的，但都要求它站在趋势线上或均线上。 观察：用分时图核对：技术支持位，黄金分割，大一级的均线，量K线超越。 一浪目标：小5浪结构完成，有一个百分比阻力位，或次一级的MACD背离。一个高一级的均线阻力。 一个日线高低点的周期共振。有一个量K线组成分形（后一条K线有低点）。 操作策略：一浪起是个转折。可及时在分时图中找回调介入,短线在5波后到阻力位减仓。 二浪 ---折反有62％或50％（不破底）。若不满38%它通常是不规则形（即一个菱形整理）。 观察：分时图里的三浪N形整理完成，减仓整理是个特点，有时也有高位增仓转下，但不破技术位。然后收红站在均线或一个百分比线上。MACD红柱减小不破零轴。均线靠上来。双超越常在强二浪发生。整理完成时，有一个费波纳茨数日线高低点的周期共振。周线中常是8或13。 操作策略：分析这个二浪的结构是什么形态的。应在之字形或W形的低点建两次底仓。应找黄金分割位或大支持位建仓。 三浪 ---跳空，放量，长阳，每一段的分时整理为横盘式，整理折反仅为0.38。 观察：创出新高，MACD呈金元宝时为三浪五见顶。KDJ出三波。为第一浪的1到1.6倍。 操作策略：在二浪结束时就应及时跟进，不能等它的深幅回调。有缺口的话，可能是三浪3，多数当日不补。一直到出现金元宝时平多单。 主升浪里早上也许会出现增仓转向下，但不破当日技术位和零轴，下午和明天看价格会否反转到均线上，若是则后面的上升空间很大。三浪里的缺口不能等补。 四浪 ---MACD红柱由背离开始为三浪五，见顶进入四浪调整。 四浪调整时间较长。拄线进入绿色是必然条件。通常出现复杂的横向修正，平坦形，不规则行，三角形，双重或三重波的修正，浪型为复合MN。回抽幅度通常是第三波的38%，或是第三浪的4浪处，或与二浪长度相同。如果以平坦的之字出现，C浪等于A浪。 四浪由于整理时间长，容易出现二次回挡的高不规则形。和高不规则形加X连着ABC。 三浪五的背离后未见到下探3浪4位的下跌而又出新高，而这个新高是三浪式的，则要当心是高不