近底流速试验研究及随机相位分布

在明渠清水条件下,测量不同水深情况下近底流速瞬时分布,得知近底流速符合平稳随机过程。依据大量实测试验数据,利用傅立叶变换将时域内流速脉动信号转化到频域内进行谱分析,应用统计分析发现随机相位角服从正态分布,为近底流速谱的建立奠定基础。     

人工模拟爆破震动信号的合成

对人工模拟爆破震动信号的合成进行了研究.在合成模拟信号时,首先采用某一已知爆破振动加速度信号的反应谱来初步计算出将要模拟的爆破震动信号的功率谱,并将其作为目标谱,然后在所需研究的谱率范围内产生一定数量的均匀分布随机数来作为模拟爆破震动信号的频率。在假设爆破震动信号由不同频率的谐波函数组成的基础上,通过将不同频率的谐波函数叠加来初步合成模拟爆破震动波,同时用振幅窗函数对它进行振幅校正,然后对合成信号与原信号进行功率谱值与反应谱值的相关性检验。     

瞬时相关积分在几何梳状谱检测中的应用

几何梳状谱信号作为一种复合信号,具有良好的时频联合分辨能力及抗混响性能。本文针对几何梳状谱信号低信噪比及多普勒回波信号检测的问题,提出利用瞬时相关积分法对接收信号进行预处理的方法,理论分析证明算法能有效提高信噪比,而且方法对多普勒回波信号同样有效,通过仿真验证以上分析结果。     

船载跳频信号的瞬时频率直方统计方法

常规船载跳频信号频率统计方法能够完成船载跳频信号的统计,但跳频信号瞬时频率统计精确度较低,为此提出船载跳频信号的瞬时频率直方统计方法。基于贝恩哈德理论,提取跳频信号瞬时频率相位特征,依托相位周期集合,对船载跳频信号瞬时频率进行精度分析,确定其相关参量;代入直方统计硬件框架中,利用优化后Rife算法扩大FTT频率统计,实现提出的船载跳频信号的瞬时频率直方统计。实验数据表明,提出的直方统计方法较常规统计方法精确度提高55.11%。     

瞬时相关积分在几何梳状谱检测中的应用

几何梳状谱信号作为一种复合信号,具有良好的时频联合分辨能力及抗混响性能.本文针对几何梳状谱信号低信噪比及多普勒回波信号检测的问题,提出利用瞬时相关积分法对接收信号进行预处理的方法,理论分析证明算法能有效提高信噪比,而且方法对多普勒回波信号同样有效,通过仿真验证以上分析结果.     

基于波浪谱的三维随机波浪数值模拟及仿真

为了进行三维随机波浪的模拟,本文将随机波浪看成多个不同余弦波的叠加,建立基于PiersonMoscowitz谱和简单方向分布函数的三维随机波浪谱数学模型。通过等分能量法、线性同余法等方法划分频率、方向角和相位角,完成波面方程的离散,最后运用Matlab软件实现三维随机波浪的仿真和波面的显示。通过仿真波高与参考波高的对比,证明本方法能够有效模拟三维随机波浪。     

低信噪比下非线性调频信号瞬时频率估计

多项式Wigner-Vill分布(PWVD)能很好地对非线性调频信号进行分析.利用PWVD平面七的尖峰值作为非线性调频信号的瞬时频率的估计.在PWVD上,对估计的瞬时频率进行差分,利用信号差分方程的特征,结合直方图统计方法在低信噪比情况中从PWVD平面提取方差很小的瞬时频率点,从而达到精确估计的目的.     

深海矢量噪声场声传播特性研究

矢量声压振速联合处理是建立在信号的声压和质点振速相位基础上,海洋环境边界对声传播的影响将改变矢量声场声压和质点振速的幅度和相位特性。文章根据南海环境条件和水下目标辐射噪声测量采用矢量简正波理论估算海面非相干偶极子噪声源和水下点声源矢量场的幅度和相位随深度的变化,并对矢量水听器测量系统获取的南海典型深度上的背景噪声数据进行了分析。结果表明:深海背景噪声声压谱级在500 Hz以下基本上不随深度变化,在500 Hz-3 kHz频段浅深度背景噪声声压谱级略高于较深深度的背景噪声声压谱级;背景噪声的垂直质点振速谱级要小于声压和水平质点振速谱级。     

基于水声信号的瞬时频率估计算法

为了获得水声信号稳健的瞬时频率值,本文综合相位差分法和M-估计方法对瞬时频率进行估计,获得理想的估计值.通过计算机仿真分析,给出采用该方法获得的瞬时频率估计值,并与真值进行对比.     

船舶参数激励非线性随机横摇运动分析

研究了随机纵浪中船舶的参数激励横摇运动。将船舶初稳性高作为时变的随机参数激励,应用随机平均法和FPK方程,分析了船舶的参数激励横摇运动微分方程。考虑航速、船舶瞬时湿表面积及随机波浪,建立了船舶横摇幅值概率密度、概率分布函数及其均值的计算方法。以某渔政船为例,计算了不同航速时船舶随机横摇幅值的概率密度、概率分布函数及其均值。结果表明,参数激励谱峰频率为横摇固有频率的2倍时,发生主参数共振,船舶横摇严重,船舶倾覆发生的概率增加。     

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.     

Influence of initial heeling angle on ship roll motion response北大核心CSCD

[目的]系统地研究初始横倾角对随机横浪下船舶横摇运动响应的影响。[方法]以路径积分法为基础,通过数值求解控制横摇运动微分方程概率属性的Fokker-Planck方程,得到横摇运动响应的概率分布。[结果]结果显示,初始横倾角对船舶横摇运动响应谱的影响有限,但对横摇角概率分布以及横摇运动响应极值分布的影响十分明显,且会造成船舶安全性的显著恶化。[结论]路径积分法可作为研究随机海浪下船舶横摇运动特性的有效数值方法。     

考虑随机材料、尺寸及初始缺陷的加筋板结构极限强度研究

为获得加筋板结构极限强度的统计规律,考虑结构材料、尺寸及初始缺陷的随机性（其数值可以认为是满足某种分布规律的随机量）,采用Monte Carlo结合非线性有限元进行强度的研究。在验证非线性有限元准确性的基础上,取结构尺寸、初始缺陷幅值、材料参数为随机变量,采用数值实验、最大熵法及K-S检验拟合获得极限强度的概率密度函数。结果表明,在较少样本时最大熵法可准确获得统计规律,为结构可靠性分析中复杂结构抗力模型的研究提供参考。     

随机横浪中船舶倾覆过程模拟与安全域计算

研讨了随机海浪中船舶非线性随机横摇运动倾覆过程和安全域问题.考虑非线性阻尼、非线性复原力矩和随机波浪,建立了随机横浪中船舶运动的随机非线性微分方程.考虑两参数海浪谱和不同的有义波高,计算随机波浪力矩,采用简谐加速度数值计算方法求解随机微分方程,进行了随机倾覆过程的数值模拟.考虑船舶运动的瞬时状态,发展了胞映射方法计算随机非线性横摇运动安全域的方法,并编制了计算机程序.模拟了一条渔船不同有义波高作用下横摇倾覆过程,考虑不同的初始条件及随机波浪参数,在初始值平面上采用胞映射法构造了渔船航行的安全域.波高较小时,安全域是一个连续的区域;随着有义波高增大,安全域面积减小并且不再连续,倾覆域和安全域相互包围.计算结果表明,船舶运动的瞬时状态对安全域具有重要影响,而且随机海浪中安全域具有随机特性.     

海上风机支撑结构的时域和频域疲劳对比研究

对海上风机支撑结构进行动力响应分析,求出结构危险节点的载荷谱和功率谱密度函数,结合疲劳损伤模型和Dirlik概率模型,分别在时域和频域内对支撑结构进行疲劳寿命分析.由于时域法计算疲劳寿命需进行应力循环计数,这一过程需处理的数据庞大,耗时长.频域法省去应力循环计数,代之以概率密度函数,可相对准确、快速地计算结构的疲劳寿命.分析结果表明,采用Dirlik概率模型的频域分析法能较准确地反映海上风机支撑结构在随机载荷作用下的疲劳损伤情况,计算结果误差在可接受范围内.     

有关船舶倾覆概率问题的讨论

本文从横摇运动微分方程出发，结合随机微分方程理论，讨论了船舶在横对随机波时的倾覆概率问题。可以看出关于船舶在随机波上倾覆概率问题目前提出的几种方法间的联系。最后用Fokker-Planck方程解出了随时间演变的概率分布函数，分析了倾覆问题。     

Truss Spar平台非线性垂荡-纵摇耦合随机运动分析(英文)

Considering the static stability and the change of the displacement volume, including the influences of higher order nonlinear terms and the instantaneous wave surface, the nonlinear coupled heave-pitch motion was established in stochastic waves. The responses of heave-pitch coupling motion for the Truss Spar platform were investigated. It was found that, when the characteristic frequency of a stochastic wave is close to the natural heave frequency, the large amplitude pitch motion is induced under the parametric-forced excitation, which is called the Mathieu instability. It was observed that the heave mode energy is transferred to pitch mode when the heave motion amplitude exceeds a certain extent. In addition, the probability of internal resonant heave-pitch motion is greatly reduced while the characteristic wave frequency is away from the natural heave frequency.     

Probabilistic assessment of parametric instability of a top tensioned riser in irregular waves

A reliability analysis was used to investigate the parametric instability of a top tensioned riser (TTR) operating under irregular sea conditions. In practical applications, the parametric instability evaluation of a riser is a very difficult task, owing to uncertainty of various parameters such as the environmental conditions of the load, the structural geometric parameters, and material properties. Considering the uncertainties of these parameters, it is vital to adopt a probabilistic approach in evaluating the instability. In this work, the Hill equation of a TTR operating under real sea conditions is first derived, and the corresponding stochastic external excitation is obtained using the Pierson–Moskowitz wave spectrum. The effects of various random variables on the parametric instability are studied by a sensitivity analysis. A surrogate model is used to construct the response surface for assessing the reliability of the parametric instability of the riser. The distribution regularity of parametrically unstable cases is examined using the contour of the parametrically excited responses. The effect of three significant uncertain factors on the probability of the parametric stability is investigated using the surrogate model. The proposed approach is demonstrated to be efficient for evaluating the reliability of the parametric instability of a TTR.     

Study on real-time estimation of the ship motion cross spectra

 Time-varying coefficient vector autoregressive (T-VVAR) modeling with instantaneous responses is applied to spectrum analysis based on the nonstationary motion data of ships. Because of the ship's maneuvers, changes such as course and speed, the ship motions in waves are regarded as a nonstationary random process, although the seaway can be considered as a stationary stochastic process. The T-VVAR model is transformed into a state space model, and the time-varying coefficients can be evaluated by using the Kalman filter algorithm. Using the estimated time-varying coefficients, the instantaneous cross spectra of the ship motions can be calculated at every moment. In order to examine the reliability of the proposed procedure, on-board tests were carried out. Under stationary conditions, at a constant speed and course, the proposed method shows good agreement with stationary vector autoregressive (SVAR) modeling analysis. Moreover, it is confirmed that the proposed method can estimate the instantaneous cross spectra of the ship motions even under nonstationary conditions, showing that this is a powerful tool for on-line analysis of the nonstationary motion data of ships. Received: August 2, 2002 / Accepted: November 28, 2002 Acknowledgments. The authors thank the captain and crew of the training ship Shioji Maru, Tokyo University of Mercantile Marine. Address correspondence to: T. Iseki (iseki@ipc.tosho-u.ac.jp) Updated from the Japanese original, which won the 2002 SNAJ prize (J Soc Nav Archit Jpn 2001;190:161–168)