基于状态空间模型的浮式结构时域响应分析方法技术

本发明专利技术公开一种基于状态空间模型的浮式结构时域响应分析方法，包括步骤：(1)用状态空间模型转换Cummins方程；(2)基于极值和留数构造状态空间模型；(3)极值和留数的求解及浮式结构动力响应分析；本发明专利技术提出了一种求解浮式结构时域动力响应的新思路——用极值和留数来构造延迟函数的状态空间模型，然后用状态空间模型替换Cummins方程中的卷积项，再用四阶Runge‑Kutta法求解浮体结构的动力响应。在工程领域，能够为浮式海洋结构物的设计及检测工作提供新的技术手段，在浮式结构动力响应分析中具有较高的工程应用前景及推广价值。

【技术实现步骤摘要】
基于状态空间模型的浮式结构时域响应分析方法
本专利技术涉及一种基于状态空间模型的浮式结构时域响应分析方法。
技术介绍
随着海洋油气资源向深海的开发和生产活动，传统的固定导管架平台已不能满足于钻井和生产的需要，这促使许多新型浮式结构和半潜式平台发展起来，动力响应分析是浮式海洋结构在设计阶段的重要内容，对浮式海洋平台的安全运行至关重要。浮式结构时域运动方程即著名的Cummins方程由Cummins于1962年提出，该方程假设浮式结构的运动是一系列脉冲响应的线性组合，然后将速度势分解为瞬时效应和记忆效应并分别求解。记忆效应的引入提高了动力响应分析的准确性，但Cummins方程中的卷积项不利于动力控制系统的分析和设计，考虑到Cummins方程的时域模拟效率，1964年，Ogilvie将Cummins时域运动方程转到频域来估算海洋结构的动力响应。为了提高浮体结构时域响应估计的分析效率，在Cummins方程中，有多种方法可以近似替换卷积项，其中一种就是通过状态空间模型替换卷积项，此方法因其高效率和高精度而被许多研究者广泛讨论。但是，传统的方法是直接求解微分方程，比如传统Newmark-β法，存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于状态空间模型的浮式结构时域响应分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、用状态空间模型转换Cummins方程；步骤B、基于极值和留数构造状态空间模型：用极值和留数描述延迟函数，然后通过极值留数与传递函数之间的关系，构造延迟函数的状态空间模型矩阵；步骤C、极值和留数的求解及浮式结构动力响应分析。

【技术特征摘要】
1.基于状态空间模型的浮式结构时域响应分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、用状态空间模型转换Cummins方程；步骤B、基于极值和留数构造状态空间模型：用极值和留数描述延迟函数，然后通过极值留数与传递函数之间的关系，构造延迟函数的状态空间模型矩阵；步骤C、极值和留数的求解及浮式结构动力响应分析。2.根据权利要求1所述的基于状态空间模型的浮式结构时域响应分析方法，其特征在于：所述步骤A具体包括以下步骤：(1)建立时域上的Cummins方程：式中，K为延迟函数，A(∞)是无限频率的附加质量，M是质量矩阵，C是静水恢复力系数矩阵，x(t)是六自由度浮动结构的响应向量，fexc(t)是激励力；(2)用状态空间模型代替卷积项：式中，是系统输出，是相应的输入，i＝1,2,…,6，k＝1,2,…,6，Mik表示6×6的质量矩阵，xk(t)表示第k个自由度的位移；(3)用状态空间模型表示系统的输入输出关系：式中，[AikBikCikDik]是与Kik(t)相关的状态空间矩阵，Kik(t)表示6×6的延迟函数矩阵，每个延迟函数Kik(t)对应一个状态向量Zik(t)。3.根据权利要求2所述的基于状态空间模型的浮式结构时域响应分析方法，其特征在于：所述步骤B具体包括以下步骤：(1)建立浮式结构动力系统的传递函数：Y(s)是的拉普拉斯变换，U(s)是的拉普拉斯变换，qn-1,…,q0及pm,pm-1,…,p0为系数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：田哲，刘福顺，王睿敏，卢洪超，高树健，刘鹏，王许洁，齐聪山，崔高杰，周星宇，刘丽丽，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37