[发明专利]一种延伸系泊线尺度模拟张力动态相似的模型试验方法

权利要求书

1.一种延伸系泊线尺度模拟张力动态相似的模型试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取实际系泊系统的作业水深H_s、试验缩尺比1:λ、试验水池深度H，且所述的实际系泊系统由N₁根相同的系泊线组成，获取每根系泊线的段数N₂，获取每段系泊线的长度L_ns、轴向抗拉刚度EA_ns、水中单位长度质量w_ns、直径D_ns，获取系泊线水平方向跨度S_s；n＝1,2,...,N₂；

步骤2：确定延伸系泊系统作业水深为H_y＝H*λ，确定延伸因子为所述的延伸系泊系统中系泊线的数量、布局及每根系泊线的段数与实际系泊系统一致；确定待设计的延伸系泊系统中每段系泊线的长度L_ny、轴向抗拉刚度EA_ny、水中单位长度质量w_ny、直径D_ny的取值范围为：

所述的待设计的延伸系泊系统中系泊线水平方向跨度S_y根据试验水池的实际布局直接确定，且满足S_s≤S_y≤水池实际允许跨度；

步骤3：基于延伸前后系泊线静态特性相似，通过多目标优化算法，对延伸系泊系统中每段系泊线的长度L_ny、轴向抗拉刚度EA_ny、水中单位长度质量w_ny进行优化设计；静力分析时，针对每组参数(L_ny,EA_ny,w_ny)对应的延伸系泊系统，在系泊线顶端施加不同位移，获得延伸前后单根系泊线受力和系泊系统的水平恢复力，并进行比较；优化过程中，如果超过最大进化代数的设定值，或者目标函数变化的相对函数值已小于适应度函数偏差设定值，则优化计算停止，选取对应水平力、垂向力、系泊力和水平恢复力四个受力误差均相对最小的点作为最优解，得到一组最优的系泊线参数(L_ny,EA_ny,w_ny)；

优化设计的目标函数如下：

其中，j为在系泊线顶端施加位移的编号；k为在系泊线顶端施加不同位移的总数量；和分别是延伸前后系泊线顶端在编号j位移下的水平力；和分别是延伸前后系泊线顶端在编号j位移下的垂向力；和分别是延伸前后系泊线顶端在编号j位移下的系泊力；和分别是延伸前后整个系泊系统在编号j位移下的水平恢复力；

步骤4：基于延伸前后系泊线动态特性相似，通过多目标优化算法，对延伸系泊系统中每段系泊线的直径D_ny进行优化设计；动力分析时，在单根系泊线顶端施加不规则的随机运动，得到延伸前后系泊力的时历曲线；优化计算停止时，选取对应水平力、垂向力、系泊力和水平恢复力四个受力误差均相对最小的点作为最优解，得到最优的延伸系泊系统中每段系泊线直径D_ny；

优化设计的目标函数为：

其中，i为在时域结果中选取的时刻点的编号；m为在时域结果中选取的时刻点总数；和分别是延伸前后系泊线顶端在时刻点i的水平系泊力；和分别是延伸前后系泊线顶端在时刻点i的垂向系泊力；和分别是延伸前后系泊线顶端在时刻点i的系泊力；

步骤5：根据获取的延伸系泊系统的各项参数，进一步通过系泊分析软件，计算分析并比较延伸前后系泊系统的静力和动力特性；若不满足试验需求，则返回步骤3重新进行优化设计。

2.根据权利要求1所述的一种延伸系泊线尺度模拟张力动态相似的模型试验方法，其特征在于：在静力和动力相似的情况下，与原系泊线相比，延伸后的系泊线总长度大于原系泊线长度，直径小于原系泊线尺寸，锚点位置在垂直方向和/或水平方向加大。

3.根据权利要求1所述的一种延伸系泊线尺度模拟张力动态相似的模型试验方法，其特征在于：每根系泊线满足静态相似和动态相似后，系泊系统整体同时满足静态相似和动态相似。

4.根据权利要求1所述的一种延伸系泊线尺度模拟张力动态相似的模型试验方法，其特征在于：相同成分和空间构型的系泊线可只开展一次设计。