06.海洋工程环境学课件

海洋工程环境学，environmentalmechanicsofocusineering，1。随机波浪分析计算，波浪运动的平均特性，l子采样，l平均值，l平均值，l平均值，l平均值，l是语义值，波浪高度概率特性，l，波浪运动的随机特性，l，波浪运动的概率密度函数，波浪运动的能量分布特性，l，能谱密度概念，l lWeibull函数3参数确定，设计波，l设计波参数确定，l设计波发生概率确定，短期统计特性，长期统计特性，l采样方法，1.5审查，1.1波运动的平均特性，波高h:波峰到相邻部分的垂直空间距离；周期Tz: 0到0的水平时间距离：升高波前瞬间(t):时间轴线中t时间的波前垂直空间距离。振幅a:从静态水面到波峰或波谷的垂直距离；1.5审查，1.1波运动的平均特性，子样本：i=1，2，N；平均值：波动的算术平均水平。平均平方根值：表示变动的能源平均值。有意义：H*j是Hi的降序排序，从最大总数的三分之一中平均波高。指示波动的视觉平均水平。1.5审查，1.1波运动的平均特性，子样本：i=1，2，N；平均值：波动的算术平均水平。平均平方根值：表示变动的能源平均值。有意义：H*j是Hi的降序排序，从最大总数的三分之一中平均波高。指示波动的视觉平均水平。1.5回顾，1.2波高概率特性波模型，为了从理论上说明随机波的特性，基于实测数据，许多学者建立了波模型。应用了更多Longuet-Higgins提出的波浪模型，根据该模型，海洋中特定固定点的波动取决于很多比特，振幅也是不同的余弦波重叠引起的。下图。其中是第n个馀弦构造波的振幅，是圆形频率。任意拓扑。1.5回顾，1.2波高的概率特性，1)波动过程静止睡眠的基本对称，上峰大体等于下峰，波高等于2倍上下峰。窄带假设，2)变动持续时间也是随机性的，但一般与平均持续时间相同。可以认为以这种方式波动的能量高度集中在特定频率，即能量谱集中在窄带谱(线谱)上。3)波动的一个周期只有一个峰。4)瞬时值的时间平均值接近0-静止曲面(自由曲面)。5)时间的总体随机变量的平均值大体上与时间无关，与子样本(位置)无关。平稳各状态下的概率过程，1.5回顾，平稳各状态下的窄带概率密度函数，平稳各状态下窄带概率过程的波前高度概率密度函数，正则函数3360波高概率密度函数瑞利函数3360，1.5回顾，平稳各状态下窄带随机过程的特性波高度，平均波高度，语义波高度，最大波高度能谱密度的概念，波动过程是由外部能量输入引起的，因此波动过程本身就是能量演化过程。随机进程可以由具有不同频率的规则进程的随机拓扑叠加组成。换句话说，第n个正常频率的规则进程大小。第n个进程的频率；第n个过程的相位(随机变量，正态分布)。这种能量对频率间隔的平均值称为能谱密度函数，单位规则波能量的总测量周期平均值，1.5回顾，光谱(spectrum)的物理概念表示概率过程中可变能量的频域分布。，波能谱密度函数表示不规则波在总波能量中各种频率波的能量所占的分量，光谱函数是非负函数，并且总是大于或等于0。波能谱曲线倾向于低频和高频端都指向零，这实际上表明，长的、非常短的波的波在整个波能中没有影响。波谱曲线峰值相邻区域表示具有相对较大波能量的分量波，窄而尖的波谱表示波可以集中在较小范围的波段，波谱更有规律，例如接近这些光谱类型的波。波谱比较平缓，峰不突出的是波能比较分散，波的不规则性强，海风浪的波谱通常是这种类型。1.5回顾，自相关函数定义，自相关函数是用于描述随机过程中的这个瞬间和其他瞬间的关系的函数。1.5回顾，维纳-khintchine定理，定理1:能谱密度函数等于自相关函数的傅立叶变换。定理2:自相关函数等于能谱密度函数的傅里叶变换。1.5审查，非静态过程(宽带)，固定过程(窄带)，单频率过程(线谱)，1.5审查，根据平方平均波高的定义，在这种情况下，平方平均波高能谱密度函数的关系：平方平均波高，1.5审查，以光谱函数表示的统计特征，光谱宽度修正：平均0周期：1.5审查，线性转换系统，输入结构响应输出线性系统，假设输入输出值很小，每个组件可以线性嵌套，海洋结构，1.5审查，线性转换系统，线性转换系统SX是输入能谱密度函数，如波谱。h是船舶或海洋结构(例如波浪载荷)的频率响应函数。SY是船舶或海洋结构(例如波浪载荷)的输出能谱密度函数。1.5审查，实用的波能谱密度函数，Pierson-Moscowitz(1964)谱(充分发展的风浪)，ITTC(1987)双参数谱(ISSC谱)，JONSWAP(1964)频谱峰值频率，1.5回顾，示例：海洋状态yiwave high=3m，平均周期T=7s，使用ITTC 2参数频谱密度函数计算圆频率为1时的频谱密度函数，ITTC(1987)双参数光谱语义高概率密度函数，海上定点波观测短期子样本的统计特性-义波高度的长期累积子样本如下：大规模观测分析表明，子样本表示的随机过程仍然是一个稳定的概率过程，可以找到合适的概率密度函数以匹配观测结果。3参数的Weibull函数。其中H0为最小阈值级别，HC为比例因子，几何元素，1.5审阅，和伊布尔累积概率函数线性化，最小二乘拟合：变量替代：例如，截距b和坡率的直线方程。1.5复查，提供定子样品：考虑直线方程，只需使用两个未知数，第三个未知数的测试探索方法来决定。通常，获取H0=0(第一个近似值)。可以得到可用作图形和最小二乘法计算的其他两个参数，和，以及此近似计算的拟合误差平方和。因此，可以得到最小值，在一系列H0假设下重复上述计算，得到相应的拟合误差平方和集(子样本)，相应的H0，再重复计算，最后，对3参数的最佳解决方案，1.5审查，1.5设计波，海洋结构设计寿命为TL(年)，一般为10，海洋结构一生经历的极限海洋状况再现的周期为TC(年)，规范定为100年。在海洋结构设计中，100年来遇到的这种波称为设计派。问题是如何根据海洋结构工作海域波浪长期分布数据确定设计波的特定参数？波的长期分布是：1.5审查，根据定义，样式HS表示待定设计波的波高HSD，solution，Tz表示子样本观测时间或波平均0周期，TC年有多少海洋条件？如果海洋条件的平均持续时间为TE秒，则TC年内海洋条件发生次数：具有最大波动的海洋条件的超越概率可以用和ibull函数表示。1.5审查，设计寿命内海洋结构遇到设计波的概率，即20年工作的海洋结构在工作海上遇到设计波100年的概率，由设计波的概率决定。在n年内工作的海洋结构的工作海域中，设计波在n年内发生一次的概率为海洋工程环境学，environmentalmechanicsofocusineering，风，波，流，介质运动，速度，加速度，阻力，衰减力，惯性力，惯性力波作用场计算，波运动是随机过程。设计波是具有固定波高度和周期(或波长)的单个波之一。设计中所关心的是海洋结构在波浪中的运动和载荷。为此，必须注意波作用下的流场，即波作用下下水粒子的运动规律。波流体力学理论是对波作用的声学中水质点的运动规律，即速度(加速度)分量及压力的讨论。此外，还可以计算水质点对结构的作用(包括力(载荷)以及相应的运动。2.1流场计算数学模型推导，1 .物理模型，2 .波作用滞留场计算，2.1流场计算数学模型推导，坐标系：二维平面波ox静止曲面，原点在波峰上，沿传播方向从oz垂直向上，波类型：余弦波高度h，波长l(周期t)，瞬时上升，1。物理模型，水：水深d水：无旋转，无粘性，密度地面平行箱轴(静止表面)，刚性，无法穿透，流场：重力场，重力加速度g水质点速度分量：u，w；压力p，2.1流场计算数学模型推导，1 .物理模型、空间和时间点的物理量：3。控制方程，连续方程：2.1流场计算数学模型推导，力平衡方程：2.1流场计算数学模型推导，3。控制方程，无旋转条件：2.1流场计算数学模型推导，3 .控制方程、2.1流场计算数学模型推导、联立解控制方程(3方程)可得到三个待定变量(u、w、p)的一般解。3 .给出了控制方程、2.1流场计算数学模型推导、初始条件和边界条件，确定了特殊解决方案。对于正常问题，只需指定边界条件。3 .控制方程式，4 .边界条件，底部条件：2.1流场计算数学模型推导，4 .边界条件，自由曲面运动学边界条件：2.1流场计算数学模型推导，自由曲面动力学边界条件：5。计算模型推导，速度项：水质-点耦合速度，流体-无旋转，2.1流场计算数学模型推导，连续方程：Laplace方程，力平衡方程：将两个方程分别加到沿x和z的积分中，得到Bernoulli方程或两个控制方程。即2.1流场计算数学模型推导，5 .推导计算模型，la place方程是线性偏微分方程。伯努利方程是非线性偏微分方程，V2是速度电位的平方项，是非线性的。在自由曲面动力学边界条件下，速度电位的平方是非线性的。2.1流场计算数