一种适用于海洋浮式结构的动力响应求解方法与流程

技术特征：
1.一种适用于海洋浮式结构的动力响应求解方法，其特征在于，包括以下步骤：s10.建立浮式结构运动方程对应的状态空间模型，构建状态空间模型参数；s20.基于浮式结构运动方程，构建传递函数及其有理分数形式，并建立状态空间模型参数与传递函数系数之间的关系；s30.线性化求解有理分数形式下的传递函数系数；s40.根据求解的传递函数系数，求解时域下状态空间模型参数；s50.基于状态空间模型，代入求解后的状态空间模型参数，对浮式结构各自由度的动力响应进行计算及预报。2.根据权利要求1所述的一种适用于海洋浮式结构的动力响应求解方法，其特征在于，步骤s10中，对浮式结构的动力响应进行时域求解，并用cummins方程表示，存在：其中，m为质量矩阵；m
a
为附加质量矩阵；k(t)为延迟函数；c为静水恢复力系数矩阵；x(t)及f
exc
(t)分别对应浮体六自由度下的加速度、速度、位移及波浪荷载；然后对式(2)进行解耦，并将由k自由度外荷载所引起的i自由度动力响应用卷积的形式进行表示：其中，h
ik
(t)为浮式结构运动系统所对应的脉冲响应函数。3.根据权利要求2所述的一种适用于海洋浮式结构的动力响应求解方法，其特征在于，将式(4)转换为状态空间模型，得：其中，为脉冲响应函数h
ik
(t)的状态空间模型参数。4.根据权利要求3所述的一种适用于海洋浮式结构的动力响应求解方法，其特征在于，步骤s20中，对式(6)进行laplace变换，并令s＝jω，得到传递函数的频域表达式：h(jω
l
)＝[
‑
ω
l2
[m a(ω
l
)] jω
l
b(ω
l
) c]
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)其中，ω
l
为离散的波浪频率序列，l＝1，2，...，n；a(ω
l
)和b(ω
l
)分别为波浪频率序列对应的频域附加质量矩阵及阻尼矩阵；h(jω
l
)为h
ik
(t)的傅里叶变换。而对于水动力系数矩阵，存在关系式：其中，为式(9)中延迟函数k(t)的傅里叶变换。5.根据权利要求4所述的一种适用于海洋浮式结构的动力响应求解方法，其特征在于，根据式(10)和边值定理，构建式(11)的有理分数形式，得：
其中，p、q表示待求解的传递函数系数。6.根据权利要求5所述的一种适用于海洋浮式结构的动力响应求解方法，其特征在于，步骤s30中，采用最小二乘法对式(13)中的传递函数系数进行拟合求解，并将分子、分母分别标记为p
ik
(s，θ
ik
)和q
ik
(s，θ
ik
)，得需求解拟合的系数向量：7.根据权利要求6所述的一种适用于海洋浮式结构的动力响应求解方法，其特征在于，采用迭代方法并增加权重系数对式(15)进行求解，得：其中，s
ik，l，l
‑1为权重系数，存在l为迭代次数，在迭代的第一步，由于q
ik
(s，θ
ik，l
‑1)未知，将s
ik，l，0
设为1；当θ
′
ik，l
≈θ
′
ik，l
‑1时，迭代结束。8.根据权利要求7所述的一种适用于海洋浮式结构的动力响应求解方法，其特征在于，步骤s40中，基于式(17)，将浮式结构的响应及波浪激励分别作为系统的输出和输入，并结合式(5)中的状态变量z(t)，可以得到荷载
‑
位移传递函数：其中，z(s)为状态变量z(t)的laplace变换。9.根据权利要求8所述的一种适用于海洋浮式结构的动力响应求解方法，其特征在于，对式(19)进行laplace逆变换，并分别令可得到式(5)的状态转换表达式：和将式(20)和式(21)代入到式(5)中，可得到各空间状态模型参数的表达式：10.根据权利要求9所述的一种适用于海洋浮式结构的动力响应求解方法，其特征在
于，步骤s50中，依据浮式结构各自由度的相应特性，存在动力响应计算式：其中，i为自由度的取值，i＝1，2，...，6。

技术总结
本发明属于海洋工程动力计算技术领域，提供一种适用于海洋浮式结构的动力响应求解方法，包括以下步骤：S10.建立浮式结构运动方程对应的状态空间模型，构建状态空间模型参数；S20.基于浮式结构运动方程，构建传递函数及其有理分数形式，并建立状态空间模型参数与传递函数系数之间的关系；S30.线性化求解有理分数形式下的传递函数系数；S40.根据求解的传递函数系数，求解时域下状态空间模型参数；S50.基于状态空间模型，代入求解后的状态空间模型参数，对浮式结构各自由度的动力响应进行计算及预报。本发明可以实现在具有高效率计算及预报的同时，能够保证预报的精确度。能够保证预报的精确度。能够保证预报的精确度。


技术研发人员：樊天慧 卢洪超 陈超核 严心宽 马远 杜昱宏 周诗博 曾祥斌 林楚森
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2021.07.09
技术公布日：2021/11/21