【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋工程，特别涉及一种随机风-浪联合传播的相干函数计算方法。
技术介绍
1、海上脉动风、随机波浪是海上结构物的主要环境荷载。在风、浪已各自形成的传播过程中风、浪往往同时出现，形成风-浪同步传播现象，在遇到结构物时形成风-浪对结构体的联合作用。
2、随机风、浪同步传播的过程中，水面区域的脉动风速引起的气压波动将改变随机波浪传播过程中波面形态，反过来，波浪波面形态的改变也会对近水面附近的风速形成阻碍和扰动影响。这种风、浪之间显著存在的相互作用效应即为风-浪相干性。这一相干性显著影响风、浪在传播过程中波高、波周期和平均风速、风脉动参数等要素的变化，然而这些变化又复杂而难寻规律，至今未形成清晰明了的规律模型。
3、近年来学者们也逐步意识到海洋工程结构风-浪联合作用相关科学问题的重要意义，针对各类海洋工程结构开展了风-浪联合作用的各类相关研究。如针对基础、桥塔等跨海桥梁结构体系在风、浪、流及其联合作用下的弹性动力模型试验研究和数值模拟研究；针对海洋平台结构风-浪联合作用的模拟研究；针对海上风机结构的风-浪联合作用试验研究。一些试验研究证实了风、浪要素之间的相互作用对海洋工程结构风-浪联合作用效应的显著影响。其中一些研究还给出了风、浪之间耦合变化对相关类型结构动力响应的一些影响规律。部分研究发现风、浪之间相互作用效应增大了结构荷载响应。这些研究从侧面反映了风、浪之间相互作用的复杂性和不确定性，以及结构风-浪联合作用效应与单独风、浪作用效应的差异性。部分研究结果在现象上显示了风、浪之间相干效应及其对结构风
4、随机风-浪联合作用下，海上结构物的风-浪荷载力计算通常采用风、浪荷载单独计算的方式进行：波浪作用力基于入射波浪参数值及结构水动力系数值进行计算；脉动风作用力基于来流脉动风速大小和结构风阻系数值进行计算；风-浪联合作用下，采取两者单独计算作用力值的线性叠加作为风-浪联合作用力。此种独立计算再叠加的方式虽然简单方便，且适合工程运用快速计算，但忽略了风、浪之间相干性，会使最后得到的结果与实际不符。一方面，风、浪联合作用时，结构体在受到风作用而产生的最大响应并不一定会和波浪作用引起的最大响应在同一时间发生，将两者简单的叠加有可能使得最后结果相对保守，也有可能对风-浪同步作用下的结构响应进行了放大；另一方面，在风-浪相干效应下，波浪波面形态影响近海面的风速脉动，从而使海上结构近海面区域构件的风压作用受到水面波浪形态的影响，同时结构水中基础前面入射波浪形态受到水面附近脉动风速的催动和干扰，从而影响结构波浪冲击效应，包括波浪水平冲击作用力及波浪在结构物表面的爬上效应等。
5、鉴于此，需要一种随机风-浪联合传播的相干函数计算方法。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供了一种随机风-浪联合传播的相干函数计算方法，以至少解决相关技术中风、浪之间相干效应及其对结构风-浪作用影响性的存在，但这一相干效应具体影响因素及其影响形式未能解析表示的技术问题。
2、根据本专利技术实施例的一方面，提供了一种随机风-浪联合传播的相干函数计算方法，包括：
3、对随机风和随机波浪联合传播的数值模拟计算；
4、根据模拟计算结果分析相关因素对风、浪之间相干效应的影响性及影响规律；
5、根据分析结果，通过各类影响因素变化条件下的系列数值结果拟合确定相干函数表达式中的各项参数，根据各项参数建立描述风-浪联合传播相干性的函数式。
6、可选地，对随机风和随机波浪联合传播的数值模拟计算包括：
7、基于随机波浪和脉动风场cfd数值模拟方法，建立随机风-浪联合传播的数值水槽；
8、对数值水槽的边界及计算参数进行设置；
9、利用数值水槽进行风、浪数值模拟。
10、可选地，基于随机波浪和脉动风场cfd数值模拟方法，建立随机风-浪联合传播的数值水槽包括：
11、设计数值水槽的几何模型和网格划分；
12、设置生成随机波浪的方法，包括：采用速度造波法生成波浪，波浪谱采用改进的jonswap谱，采用谐波合成方法实现波浪谱到到波面时程和流速时程的转变；
13、设置生成随时风的方法，包括：随机风速谱选择kaimal谱，基于随机风速谱，数值水槽的速度入口各高度段脉动风速时程输入值通过谐波合成方法计算得到；对速度入口水面以上边界进行分段，依据分段数设定脉动风速模拟个数；根据各模拟点脉动风速自功率谱和各模拟点之间脉动风速互功率谱建立入口处整体风速谱矩阵；为模拟各点脉动风风速时程，对入口处整体风速谱矩阵进行cholesky分解。
14、可选地，因素包括：风速位置高度、波浪有效波高、波浪谱峰频率和基本风速。
15、可选地，根据分析结果，所述影响规律包括：风速位置点离波面越远，风、浪相干性越弱，离波面越近则相干性越强，即风、浪相干函数值的大小与风速位置离波面高度存在负相关；随机波浪有效波高越高，风、浪相干性越强，反之越弱，即风、浪相干函数值的大小与波浪有效波高存在正相关；随着频率由低到高变化，风、浪相干函数值存在明显峰值，波浪谱峰频率直接影响风、浪相干函数值峰值对应频率，该峰值频率与相应波浪谱峰频率相对应。
16、可选地，通过各类影响因素变化条件下的系列数值结果拟合确定相干函数表达式中的各项参数，包括：
17、随频率由低到高变化，风-浪联合传播相干性的函数值呈先上升后下降变化形式，通过风-浪联合传播相干性的函数式对频率ω求导能够得到频率ω的极大值对应频率等于风-浪联合传播相干性的函数式中频率参数ωp，使频率参数ωp取值为相应波浪谱峰频率即能够体现波浪谱峰频率对风、浪相干函数值影响特性；在影响因子r1取负值情况下，风-浪联合传播相干性的函数式包含与风速位置高度相关的负相关项在影响因子r2取正值情况下，风-浪联合传播相干性的函数式包含与有效波高相关的正相关项其中，高度值z0的引入是为了对相干函数值进行无量纲化。
18、可选地，所述风-浪联合传播相干性的函数式为：
19、
20、式中：coh(ω)为风-浪联合传播相干性；hs为波浪有效波高；z为监测点到波面竖向距离减去一个有效波高的值；z0为基本风速对应标准高度；ωp—波浪谱峰频率；c＝34.6，为数值大小参数；r1＝-0.42，为风速位置高度影响因子；r2＝0.29，为有效波高影响因子；a＝4.7，b＝1，为函数曲线形状参数。
21、根据本专利技术实施例的另一方面，还提供了一种随机风-浪联合传播的相干函数计算装置，包括：
22、随机风-浪联合传播的相干函数计算模块，用于对随机风和随机波浪联合传播的数值模拟计算；
23、风、浪之间相干性分析模块，用于根据模拟计算结果分析相关因素对风、浪之间相干效应的影响性及影响规律；
24、函数构建模块，用于根据分析结果，通过各类影响因本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种随机风-浪联合传播的相干函数计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的随机风-浪联合传播的相干函数计算方法，其特征在于，对随机风和随机波浪联合传播的数值模拟计算包括：
3.根据权利要求2所述的随机风-浪联合传播的相干函数计算方法，其特征在于，基于随机波浪和脉动风场CFD数值模拟方法，建立随机风-浪联合传播的数值水槽包括：
4.根据权利要求1所述的随机风-浪联合传播的相干函数计算方法，其特征在于，因素包括：风速位置高度、波浪有效波高、波浪谱峰频率和基本风速。
5.根据权利要求1所述的随机风-浪联合传播的相干函数计算方法，其特征在于，根据分析结果，所述影响规律包括：风速位置点离波面越远，风、浪相干性越弱，离波面越近则相干性越强，即风、浪相干函数值的大小与风速位置离波面高度存在负相关；随机波浪有效波高越高，风、浪相干性越强，反之越弱，即风、浪相干函数值的大小与波浪有效波高存在正相关；随着频率由低到高变化，风、浪相干函数值存在明显峰值，波浪谱峰频率直接影响风、浪相干函数值峰值对应频率，该峰值频率与相应波浪谱峰频率相对应。
6.根据权利要求1所述的随机风-浪联合传播的相干函数计算方法，其特征在于，通过各类影响因素变化条件下的系列数值结果拟合确定相干函数表达式中的各项参数，包括：
7.根据权利要求6所述的随机风-浪联合传播的相干函数计算方法，其特征在于，所述风-浪联合传播相干性的函数式为：
8.一种随机风-浪联合传播的相干函数计算装置，其特征在于，包括：
9.一种随机风-浪联合传播的相干函数计算系统，其特征在于，所述随机风-浪联合传播的相干函数计算系统包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至7中任意一项所述的随机风-浪联合传播的相干函数计算方法。
...【技术特征摘要】
1.一种随机风-浪联合传播的相干函数计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的随机风-浪联合传播的相干函数计算方法，其特征在于，对随机风和随机波浪联合传播的数值模拟计算包括：
3.根据权利要求2所述的随机风-浪联合传播的相干函数计算方法，其特征在于，基于随机波浪和脉动风场cfd数值模拟方法，建立随机风-浪联合传播的数值水槽包括：
4.根据权利要求1所述的随机风-浪联合传播的相干函数计算方法，其特征在于，因素包括：风速位置高度、波浪有效波高、波浪谱峰频率和基本风速。
5.根据权利要求1所述的随机风-浪联合传播的相干函数计算方法，其特征在于，根据分析结果，所述影响规律包括：风速位置点离波面越远，风、浪相干性越弱，离波面越近则相干性越强，即风、浪相干函数值的大小与风速位置离波面高度存在负相关；随机波浪有效波高越高，风、浪相干性越强，反之越弱，即风、浪相干函数值的大小与波浪有效波高存在正相关...
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