[发明专利]一种基于谱分析法的浮式海洋结构物结构应力计算方法

权利要求书

1.一种基于谱分析法的浮式海洋结构物结构应力计算方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

第一步，建立模型；

根据浮式海洋结构物的外形,采用板单元建立水动力湿表面模型，并根据装载情况建立质量模型，采用板单元和梁单元建立结构模型，并于结构模型上施加边界条件，并且质量模型和结构模型为同一模型；

第二步，计算结构应力传递函数；

选取覆盖浮式海洋结构物的响应峰值的若干周期和若干浪向的组合为单位波幅的规则波，并使用水动力湿表面模型及质量模型计算浮式海洋结构物在若干单位波幅的规则波作用下的波浪载荷，并且根据规则波理论计算得到浮式海洋结构物在单位规则波幅下的结构应力响应幅值——结构应力传递函数H_σ(ω|θ)，结合计算所得的若干单位波幅的规则波作用下的波浪载荷，并将波浪载荷加载到结构模型上，从而计算得到相应的结构应力响应传递函数；

第三步，参数化波浪谱；

通过将结构应力传递函数与海浪谱叠加组合，并得出结构应力的短期响应，选取劳曼谱、P-M谱、ISSC谱、勃氏谱、光易型谱、规范谱以及JONSWAP谱中与实际海域海情最为接近海浪谱，计算出各种波谱的特征参数；

第四步，计算结构应力能量谱；

结合作业海域的环境条件，将作业海域波浪谱结合结构应力响应传递函数，计算得到相应的结构应力能量谱S_σ；

第五步，计算短期海况谱矩；

对结构应力能量谱进行积分，计算得到短期海况第n阶谱矩m_n；

第六步，计算短期概率密度函数；

结合符合短期海况的Rayleigh分布，按Rayleigh分布规律计算得到短期概率密度函数分布形式f(x|σ)；

第七步，计算波浪散布图；

①浮式海洋结构物作用于单一区域，此时，选取单一海域的波浪散布图；

②浮式海洋结构物为跨区域作业，需采取多个海域的波浪散布图，并根据作业时间长短进行加权计算得出一个联合波浪散布图；

第八步，计算浪向概率；

根据水文资料，以波浪出现的次数计算作业海域中波浪浪向出现的概率，确定不同地理位置的不同海域中波浪的浪向；

第九步，计算长期概率密度函数；

根据得到的短期概率密度函数，对一系列短期平稳随机过程的组合进行处理，将若干短期概率密度函数以其出现概率为权与其相乘后的和求得长期概率密度函数g(x)；

第十步，计算结构应力长期统计值；

结合给定的设计超越概率，采用二参数的Weibull分布来拟合船体运动和载荷的长期响应分布F_L(y)，进而计算出其超越概率水平Q(y),从而获得指定超越概率水平的结构应力响应的长期统计值；

第十一步，校核；

依据结构应力计算结果，根据设计规范对计算结果进行校核，判断本浮式海洋结构物的结构强度是否满足设计要求。

2.根据权利要求1所述的一种基于谱分析法的浮式海洋结构物结构应力计算方法，其特征在于，结构应力响应传递函数H_σ(ω|θ)与施加的单位波幅的规则波的角频率和波向有关，其中，ω为角频率，θ为波向。

3.根据权利要求1所述的一种基于谱分析法的浮式海洋结构物结构应力计算方法，其特征在于，所述波浪谱与每个波浪周期中的有义波高和平均跨零周期有关，即S_w(ω|H_S,T_z)，S_w为波浪谱，ω为角频率，H_S为有义波高，T_Z为平均跨零周期。

4.根据权利要求1所述的一种基于谱分析法的浮式海洋结构物结构应力计算方法，其特征在于，所述结构应力能量谱可通过以下公式计算：

S_σ＝H_σ²S_w

式中，S_σ为结构应力能量谱，H_σ为结构应力传递函数，S_w为波浪谱。