一种模拟特定非线性波浪序列的方法技术

本发明专利技术公开了一种模拟特定非线性波浪序列的方法，包括海洋实测波浪序列的预处理，非线性色散关系的精确求解，造波机驱动信号的自动生成。本发明专利技术可以自动处理海洋观测波浪序列，利用傅里叶变换将海洋观测得到的波浪序列，按照Froude数相似准则转换为适用于实验室模拟波浪所需的频率以及所对应幅值和相位信息；采用三阶非线性不规则波相互作用理论，通过迭代计算方法快速计算复杂多频率波浪的色散关系，一般可以在十次迭代步数之内，将波浪成份的波数精度计算至千分之一，解决了直接求解非线性色散关系精度低、耗时长的问题。

A method for simulating nonlinear wave sequences

The invention discloses a method for simulating a specific non-linear wave sequence, including the pretreatment of the measured wave sequence in the ocean, the accurate solution of the non-linear dispersion relationship, and the automatic generation of the driving signal of the wave maker. The invention can automatically process the ocean observation wave sequence, and transform the ocean observation wave sequence by Fourier transform, according to Froude number similarity criterion, into frequency and corresponding amplitude and phase information suitable for laboratory simulation of waves; and adopt third-order non-linear irregular wave interaction theory, through overlapping. In general, the wave number accuracy of wave components can be calculated to one thousandth of a thousandth within ten iterations, which solves the problem of low accuracy and long time-consuming in solving the non-linear dispersion relation directly.

【技术实现步骤摘要】
一种模拟特定非线性波浪序列的方法
本专利技术属于海洋工程水动力学实验研究
，具体说是一种实验室中模拟特定非线性波浪序列的方法。
技术介绍
波浪是海洋工程中最重要动力荷载。在海洋工程结构设计中，需要充分考虑波浪对海上结构物的作用。在实际的海洋工程中，包含极端波浪的特定波群序列对海洋结构物的破坏起到决定性的作用。这些波浪有着很强的随机性和非线性特征，出现概率较低，但是破坏力强，而且很难进行预报。因此，在实验室中准确的模拟这些特定的波浪序列，对于研究极端波群序列的传播特性，极端波浪与结构物之间的相互作用有着很重要的意义。目前，在实验室进行波浪模拟时，都采用随机相位法来模拟随机波浪序列。这些方法假定各频率的组成波相位随机分布，只能生成随机序列的波浪，不能生成确定时间序列的波浪。由于波浪的随机性，在实验室中这种方法需要很长的时间模拟才能产生较大的破坏性波浪，从而生成特定极端非线性波浪序列的概率很低。并且在长时间造波时，会由于水槽尺度的原因造成较大的反射现象，从而导致波浪失真。另外，在传统的波浪模拟方法中，都采用的是线性色散关系。但是实际海洋环境有着很强的非线性特性，利用传统的线性方法会造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟特定非线性波浪序列的方法，其特征在于，具体步骤如下：A、将实际海洋中获取的波浪序列进行预处理；B、求解非线性不规则波色散关系；C、生成造波信号。

【技术特征摘要】
1.一种模拟特定非线性波浪序列的方法，其特征在于，具体步骤如下：A、将实际海洋中获取的波浪序列进行预处理；B、求解非线性不规则波色散关系；C、生成造波信号。2.根据权利要求1所述一种模拟特定非线性波浪序列的方法，其特征在于，A、将实际海洋中获取的波浪序列进行预处理具体为：按照实验室的实验条件，对实测的海洋中的波浪序列按照弗劳德数相似准则进行比尺的转换；实验进行模拟的几何比尺按照下式进行计算：λ＝h/hm，(1)式中h表示在实验室中进行模拟时的实验水深，hm表示实际海域的水深。3.根据权利要求2所述一种模拟特定非线性波浪序列的方法，其特征在于，在实验室中模拟的特定波浪序列，通过比尺算子转换为：其中t为时间，ηm为实际海洋中波浪序列；ηs表示实验室中所需要模拟出的特定波浪序列；利用傅里叶变换，将时域上的波浪序列转换为频域上的波浪复信号：式中，j＝(-1)0.5，X(i)为波浪在频域上的复信号；N为样本总个数，Δt为采样的总时间长度。4.根据权利要求3所述一种模拟特定非线性波浪序列的方法，其特征在于，将波浪的复信号分解为对应的幅值谱a(i)和初相位谱在进行傅里叶变换后，对幅值谱进行平滑处理，消除不平滑、不连续的奇点；根据波浪理论，波浪序列表示为多个振幅为a(i)、频率为ω(i)、相位为θ(i)的余弦波的叠加，即为：5.根据权利要求1所述一种模拟特定非线性波浪序列的方法，其特征在于，B、求解非线性不规则波色散关系具体为：对摄动法展开中的一阶频率进行初值的赋值，令ω1i＝ωi,ω1m＝ωm,并计算初始波数：式中，和分别表示第i个和第m个组成波的初始波数；ω1i和ω1m表示摄动一阶的圆频率；g表示重力加速度，h表示在实验室中进行模拟时的实验水深；根据初始的波数和频率条件，对不同频率间相互作用的和频项正对称系数进行计算：式中，ωi+m＝ω1i+ω1m,表示两个圆频率之和；αi+m、βi+m、γi+m是两波不同的和频作用系数；按照下列公式计算不同频率间的差频项正对称系数式中αi-m、βi-m、γi-m是两波不同的差频作用系数。6.根据权利要求5所述一种模拟特定非线性波浪序列的方法，其特征在于，根据波与波之间的作用关系，不同频率间的和频项反对称系数计算如下：各个组成波的差频项反对称系数按照下式进行计算：7.根据权利要求6所述一种模拟特定非线性波浪序列的方法，其特征在于，每...

【专利技术属性】
技术研发人员：马玉祥，牛旭阳，董国海，马小舟，台兵，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21