基于测波雷达现实方向谱的三维波浪数值模拟研究

X波段测波雷达是一种新型的基于图像分析的海浪观测仪器,其可给出实时可靠的波浪观测信息。依据测波雷达给出的真实波浪相对方向谱数据,利用谱相似条件,经解算得到真实海浪的绝对谱密度值,对三维波浪进行数值模拟。利用浪高仪阵列监测波面,并利用BMD法对波面时历进行谱分析。比对结果表明,与传统基于统计谱的数值波浪模拟相比,文中数值波浪模拟结果更接近于真实海浪,结果良好。     

响水海域双峰谱型海浪的统计分析

对收集到的响水海域实测双峰谱型海浪资料进行谱分析和统计分析,探讨了双峰谱型海浪的波高分布、周期分布以及波高与周期的联合分布,认为用单峰谱型海浪的研究成果来描述双峰谱型海浪已不再适宜,并根据响水海域实测波浪资料,提出了双峰谱型海浪的波高、周期的经验分布式。通过对双峰谱型海浪资料进行谱分析,计算了若干与谱宽有关的波谱参量,并与合田良实的实测结果进行对比。最后还对双峰谱型海浪的谱特征值与跨零特征值进行了比较,认为对于双峰谱型海浪,由谱法计算的有效波高与由跨零法计算的有效波高相差不大;而对于平均周期,谱法要略小于跨零法。     

SWAN在台湾海峡台风浪场数值模拟中的应用研究

简要介绍了波浪模式的发展及应用较为广泛的几种第三代能量谱海浪模式的特点。为了研究台湾海峡台风浪场的分布特征,以0903号"莲花"台风为例,选取第三代能量谱海浪模式SWAN,充分考虑底摩擦、风、白浪破碎、波波非线性相互作用、波浪浅化效应等物理过程,模拟了该海域的台风浪场的分布特征。将模拟结果与实测波浪、风资料对比分析,结果表明风速、有效波高计算值与实际值符合性较好,SWAN模式在海域的适应性良好。     

基于能量分布重叠率的海浪谱评估方法研究

海浪谱评估是非规则波的水池造波,波浪及舰船耐波性数值模拟研究中的重要一环,是其效果评价的依据。文中阐述了目前常用的几种海浪谱评估方法的优势与不足,并提出一种基于能量分布重叠率的海浪谱评估新方法。具体为:针对频谱计算其面积重叠率,针对方向谱计算其体积重叠率。试验表明,该方法过程简单、计算快捷、效果较好,是一种简单实用的海浪谱评估方法。在此基础上又针对实际评估更侧重谱形的情况,提出了一种略为复杂而精度更高的使用一阶矩的改进算法。     

印尼ADIPALA海域较长周期波浪谱分析

波浪谱是进行海岸工程设计的重要基础,不同海区、不同周期的波浪谱特性不同,因此有必要对于实际海上观测波浪的谱特性进行分析研究。针对在印尼海岸观测的较长周期波浪数据进行了波浪谱分析,给出谱特征参数与海浪统计特征值之间的关系。并基于JONSWAP谱型,对实测波浪谱进行拟合,得出适用于该海域的波浪谱公式,研究成果可为实际工程设计提供重要的参考。     

基于 OpenGL 的实时三维海浪可视化仿真

海浪虚拟仿真技术是海上虚拟作战平台模型库构建的重要组成,直接影响到平台运行的逼真性和可行性。论文首先以重力波为例,分析了对规则海浪模型的仿真方法,然后采用线性波浪叠加法和海浪谱理论,探讨了不规则海浪模拟及其三维生成算法,通过建立海面规则网格,调用O penG L函数库,实现了对真实海浪进行模拟,为建立海上虚拟作战平台海浪模型提供了一种技术方案。     

基于脉冲响应函数法计算小尺度圆柱上的不规则波浪力

通过对波动传递函数的逆傅里叶变换建立脉冲响应函数的解析表达式,在仅已知不规则波波面过程线的情况下,利用脉冲响应函数与已知波面序列的卷积求得不规则波的速度场,并计算不规则波浪序列引起的水质点速度、加速度。通过与线性波浪叠加法的对比验证了方法的正确性,并应用Morison方程计算小尺度圆柱上的不规则波浪力。对不规则波浪力进行频谱分析得到:在非线性较弱时,脉冲响应法求得的波浪力谱与线性谱分析法的波浪力谱较为接近。随着波浪非线性的增强,脉冲响应法求得的速度力谱与线性谱分析法相比峰值不断增大,在低频和高频处能量增多,在主要能量区的谱宽也不断增加,而惯性力谱与线性谱分析方法结果基本相同。     

双峰谱海浪的数值模拟技术研究

海上的波浪观测资料统计表明，海上纯风浪和纯涌浪的出现机会比较少，大部分以混合浪形式出现，其频谱结构多为双峰甚至多峰。研究双峰谱波浪的模型表述和数值模拟技术，对三种典型的双峰谱海浪进行了数值模拟，仿真结果表明了双峰谱海浪数值模拟的有效性。     

基于船舶运动信息的航行海域海浪特性预报

以船舶自身为波浪测量仪,致力于采集方便而又尽可能少的船舶运动信号以提取航行海域实时海浪特性.由于估计中不依赖原始理论计算的传递函数,不需要附带波浪采集装置,而仅利用航行中船舶运动的观测序列完成海浪谱反演,故该海浪测量方法可适应船舶自身运动参数的变化.另一方面,由于反演估计的船舶运动频率响应特性,与事先计算或以其它实验方法得到的船舶运动频率响应特性得以比较,可以深化、修正对许多不易实时测量的海浪激励状态与船舶运动响应关系的认识,并积累船舶工程研究设计所必需的相关海域海浪谱信息.     

船舶并靠中海浪模型算法的研究

首先从波能谱入手,在ITTC标准海浪谱的基础上,利用等能量划分法,构造船舶并靠中的海浪模型;然后分析在此海浪模型中并靠两船的相对运动情况,在研究中发现波浪会对船舶的横摇有影响。针对并靠船舶的横摇设计变阻尼波浪补偿器,对船舶的相对运动进行补偿,保证船舶在并靠过程中的安全。     

基于实测数据的海杂波特性分析

与地物和气象杂波相比,海杂波特别是高分辨率雷达所接受的海杂波呈现明显的非平稳、非高斯性。且会出现所谓“海尖峰”,对目标检测影响严重。为研究针对海杂波的最佳信号处理算法,基于实际采集的海杂波对其幅度统计分布,频谱模型做了初步分析,可进一步加深对海杂波的认识和了解。     

基于谱的海浪模拟与谱估计

针对掠海飞行器系统仿真的需要,研究了海浪仿真方法。选取P—M谱作为海浪谱,通过海况确定波谱参数,在波谱仿真带宽内采用频率等分法对其进行分割,根据Longuest—Higgins海浪模拟模型进行仿真,得出了海浪时域波形。并采用Welch法进行波谱估计,从波谱能量度量,仿真精确度达到了99．22％。     

Sea state estimation based on vessel motion responses: Improved smoothness and robustness using Bézier surface and L1 optimization

Floating structures oscillate in waves, where these wave-induced motions may be critical for various marine operations. An important consideration is thereby given to the sea states at the planning and operating stages for an offshore project. The most important information extracted from a sea state is the directional wave spectrum, indicating wave direction, significant wave height, and wave spectrum peak period. Among several available methods of measuring and estimating the directional wave spectrum, the wave buoy analogy technique based on vessel motion responses is an in situ and almost real-time solution without extra costs of devices. If the forms of the wave spectra are not predefined in the estimation, the method is called a nonparametric approach. Its most remarkable advantage is the flexible form, but the smoothness should be regulated. After the discrete Fourier transform has been applied to the measured vessel motions, smoothing is necessary. However, this process results in disturbed vessel cross-spectra and a lowpass characteristic of the windowing function. This paper presents a nonparametric approach for directional wave spectrum estimation based on vessel motion responses. It introduces novel smoothness constraints using Bézier surface and includes a more robust estimate using L1 optimization. Both techniques are applied to the wave buoy analogy for the first time. Numerical simulations are conducted to verify the proposed algorithm.     

海浪扰动信号的仿真方法

给出了一种新的以遭遇频率表示的海浪遭遇谱和遭遇波倾角谱的数学表达式，介绍了建立随机海浪模型的三种仿真方法，即频率等分法、能量等分法和有理谱法，并采用能量等分法进行了海浪模型的仿真和分析。它对于研究船舶装备、船舶行业机器人、海上作业平台和船舶的运动控制具有重要意义。     

舰船在三维非规则波中的航向航速优选

文章探讨了舰船在三维非规则波中，基于方向谱的六自由度摇荡及动力响应统计特征值的计算方法，并给出了计算结果和实船海试结果的对比，证实了算法是可行的，精度高于舰船在二维非规则波中基于频谱的计算结果。在此基础上，提出了舰船在三维非规则波中航向航速优选的求解模式和算例。     

基于ISIGHT的三体维护船侧体布局多目标优化研究

运用多学科设计优化平台ISIGHT针对三体维护船阻力性能和耐波性能进行侧体布局多目标优化。首先,将各侧体布局方案的CFD计算结果作为样本点,结合三体维护船的特定工作海况,运用谱分析方法预报不规则波中增阻平均值、总阻力值及纵摇、垂荡运动有义值,建立上述参数随侧体布局变化的近似模型,代替数值计算。然后,以最小化不规则波中总阻力值和纵摇、垂荡运动有义值为优化目标,以侧体纵向位置和横向位置为设计变量,采用设置权重和比例因子的方法确定目标函数,将所建近似模型作为数据库,选用多目标遗传算法NSGA-II,进行侧体布局多目标优化。最终,获得阻力性能和耐波性能综合最优的侧体布局方案。从而为海上三体风电维护船的设计和相关船型的性能预报提供参考。     

基于分数阶PIλDμ的船舶航向控制

船舶在海上航行时受到海风、海浪和海流等环境扰动作用,这造成在不同航速下船舶动力学模型的参数不确定性,本文对船舶本体运动和风浪流干扰进行建模,提出一种基于分数阶PIλDμ的抑制风浪干扰的的航向控制算法,并与传统 PID算法进行对比,针对某型船舶动力学模型在6级海风和5级海浪海况下进行对比数字仿真。仿真结果表明,该算法在不同航速下具有较好的控制品质和鲁棒性,对风浪干扰具有良好的适应性,可应用于船舶的航向控制,易于工程实现。     

Estimation of directional wave spectra and hull structural responses based on measured hull data on 14,000 TEU large container ships

To ensure hull structural strength of container ships in association with their increase in size, it is very important to grasp the hull stress histories all over the hull structure in actual sea state. However, ordinary hull stress monitoring systems are insufficient for this purpose because of the small number of stress sensors actually practicable. Therefore, in this paper, we discuss an approach to reproduce the hull stress responses which are not measured based on the estimated wave spectrum from the limited measurement data. To achieve this, we introduce a new model to estimate directional wave spectra based on measured ship stress responses and ship response functions, and further we estimate other ship responses using the model. To model an arbitrarily shaped directional wave distribution, the 360° direction is discretized into 36 directions of 10-degree intervals instead of using a directional distribution function, and in each direction, the wave spectrum is represented using the Ochi (3P) spectrum with three parameters (average wave period, significant wave height, and kurtosis). The authors discuss the evaluation results based on two stress response combinations, and a comparison is made between the sea state estimates made by the proposed method and the ocean wave hindcast database (JWA). Furthermore, by comparing the significant values and the spectra of the measured response of the ship with the estimated response based on both the estimated sea state by the proposed method and the hindcast sea state, the accuracies of the proposed method and the hindcast method are discussed in terms of ship stress estimation at non-instrumented locations.     

海底管跨涡激振动疲劳可靠性研究

本文考虑波浪水质点与管线振动间的相对运动速度以及波浪和海流的联合作用,对传统的波浪载荷计算方法进行了改进,引入了波浪激励载荷中的二阶平方阻尼项,从而建立了管跨段的非线性涡激振动方程.通过较为合理的化简,将非线性随机振动方程化为相应的线性随机振动方程.利用谱分析解法,由波浪谱推得海底管线的波浪力谱,作为振动方程的输入谱,计算得到相应的输出谱,进而确定位移和应变等各种响应随机过程的概率分布,最后结合可靠性分析理论确定管线的疲劳失效概率.