波浪谱密度函数数值分析

论文题目: 波浪谱密度函数数值分析

论文类型: 硕士论文

论文专业: 船舶与海洋结构物设计制造

作者: 赫亮

导师: 王言英

关键词: 风浪谱,快速付立叶法,最大熵法

文献来源: 大连理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文针对欧洲北海的一次为期六天的风暴中定点测得的波浪海面瞬时升高数据样本,应用FFT快速傅立叶变换方法分析计算得到相应的能量谱密度函数（靶谱）。根据北海ALWYN平台对于一次风暴的观测记录,进行了对经验谱公式JONSWAP谱的谱峰升高因子和峰频控制因子进行了修正。结果表明,谱矩m0随参变量γ和峰频ωp随T1×ωp变化显著,当T1×ωp=5,γ=3.27时,m0与ωp的预报值同实测分析结果符合得令人满意。应当指出,所测的波浪记录的平均过零周期和谱的零阶矩相差很大,不属于同一海况,这与观测条件是在一次风暴中测得结果的相符。通过对409个子样给出的有义波高和某一时段的统计值与实际根据FFT计算得到的有义波高和这一时段的统计值进行比较,发现两者符合得尚好。传统的风浪谱估计方法FFT法假定在所取时间滞后数乘机之外其协方差函数为零,在周期图中假定所取数据长度为一完整周期。其谱估计实际为频谱和窗函数的乘积。本文重点进行了最大熵法风浪谱估计和传统谱估计方法的分析比较,讨论了最大熵法的原理。结果表明,最大熵法优于传统方法如快速付立叶变换方法,最大熵法避免了一些不切实际的假设,不需要使用窗函数。减少了谱泄漏,提高了谱估计精度。对于北海风浪,采用赤池定阶法和经验定阶法相结合的办法确定最小的阶数。同时,最大熵对已有的时间序列的信息量保持最大,当样本容量较小时,也能得到较好的谱估计结果。为风浪谱估计又提供了一种有效的方法。

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 波浪谱研究意义

1.2.1 海浪谱的概念

1.2.2 自相关函数及其与谱密度函数的关系

1.2.3 海洋结构物对其上荷载的响应

1.3 国内外文献综述

1.3.1 国外的关于熵及最大熵的最新进展

1.3.2 国内采用最大熵在波谱研究中的尝试

1.4 本文数据来源及研究框架

2 快速付立叶变换波浪谱研究

2.1 快速付立叶变换计算原理

2.1.1 FFT计算方法基础

2.1.2 FFT算法

2.2 输入子样前处理及谱分析后处理

2.2.1 把数据转换为零均值数据

2.2.2 标准化为单位标准差

2.2.3 消除趋势项

2.2.4 截断数据

2.2.5 用付立叶变换结果得出谱密度

2.3 各阶谱矩与统计平均

2.4 窗函数在快速付立叶变换作用

3 波浪谱展式及JONSWAP修正

3.1 传统海浪谱展式

3.1.1 Darbyshire谱

3.1.2 广义Pierson Moskowitz或Bretschneider谱

3.1.3 广义Pierson Moskowitz谱

3.1.4 Scott谱

3.1.5 Ochi-Hubble bi-modal谱

3.1.6 TMA谱

3.1.7 Mituyasu谱

3.2 JONSWAP谱

3.2.1 风区JONSWAP

3.2.2 15届ITTCJONSWAP谱

3.3 快速付立叶变换方法修正JONSWAP系数

4 最大熵谱分析

4.1 自相关函数法(FTA法)

4.2 最大熵法(MEM法)

4.3 阶数对谱精度的影响

4.4 最大熵法谱估计与FFT谱函数比较

4.5 小直径桩柱波浪力算例

结论

参考文献

附录A 波浪记录对阶数的反应

附录B 不同时段波浪谱线

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书

发布时间: 2005-07-04

参考文献

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