【技术实现步骤摘要】
本专利技术海洋工程，具体而言，涉及一种考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法。
技术介绍
1、随机风、浪是海洋工程结构的主要环境荷载。在风、浪已各自形成的传播过程中其往往可能同时出现，形成风-浪联合传播现象，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、波周期和脉动风速等要素的变化，然而这些变化又复杂而难寻规律，至今未形成明确规律模型。
3、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极值响应并不一定会和波浪作用引起的极值响应在同一时刻发生，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-浪联合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
4、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-浪联合作用试验和数值研究等。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风-浪荷载响应。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-浪作用影响性的存在。目前海洋结构随机风-浪联合作用的研究成果中，风、浪之间相干性的考虑未能在结构风-浪联合作用的相关计算内容中合理体现。因此，亟需一种考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法。
技术实现思路
1、本申请的主要目的在于提供一种考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法，以至少解决现有技术中的风、浪之间相干性未能在结构风-浪联合作用中加以考虑的问题。
2、为实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法，包括：
3、根据描述随机风、浪联合传播相干性的风-浪相干函数，计算获取海洋结构来流脉动风速与入射随机波面之间互相关谱，根据互相关谱建立风-浪联合场功率谱矩阵；
4、对所述风-浪联合场功率谱矩阵进行cholesky分解；
5、根据cholesky分解得到的分解矩阵，通过谐波合成方法得到水面以上风场各位置节点脉动风速时程，再结合结构水上部分风阻系数生成结构脉动风作用力时程；
6、根据cholesky分解得到的分解矩阵，通过谐波合成计算式中引入结构随机波浪作用水动力的传递函数的方式，生成风、浪相互作用下的结构随机波浪作用力时程；
7、联立所述结构脉动风作用力时程和结构随机波浪作用力时程，即建立风-浪联合作用力时程。
8、可选地，所述互相关谱包括：风速自谱、风速互谱、波浪谱以及风-浪互谱。
9、可选地，风-浪联合场功率谱矩阵的表达suη(ω)为：
10、
11、其中：i≤n的对角元素sii(ω)为i位置节点的脉动风速自谱；i,j≤n的非对角元素sij(ω)为i和j位置节点之间风速互谱；i＝n+1的对角元素s(n+1)(n+1)(ω)即为随机波浪谱sηη(ω)；第n+1行和第n+1列非对角元素即为风-浪互谱，如s(n+1)i(ω)为i位置节点风速与波浪之间风-浪互谱，风-浪互谱存在关系式s(n+1)j(ω)＝si(n+1)(-ω)(i＝j)；
12、其中，针对某一位置节点脉动风速与波浪之间的风-浪互谱suη(ω)的表达式为：
13、
14、式中：suu(ω)、sηη(ω)分别代表所求位置节点处脉动风速自谱和水面处随机波浪谱；cohuη(ω)为风-浪相干函数，表达式为：
15、
16、式中：zu—风速位置到静水面距离；hs—波浪有效波高；z0—基本风速对应标准高度(取10m)；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，ω为圆频率。
17、可选地，对所述风-浪联合场功率谱矩阵进行cholesky分解的表达为：
18、
19、式中：suη(ω)为风-浪联合场功率谱矩阵，huη(ω)为(n+1)×(n+1)阶下三角阵，为其共轭转置矩阵；
20、huη(ω)表示为：
21、
22、其中，huη(ω)前n行元素用于风场各位置节点脉动风速时程计算，第n+1行元素则用于波面时程和波浪作用力时程计算。
23、可选地，通过谐波合成方法得到水面以上风场各位置节点脉动风速时程，第i节点脉动风速时程ui(t)计算式为：
24、
25、式中：n为频率等分个数；δω＝(ωup-ωdown)/n，为频率间距；ωk＝[δω·(k-1)+δω·k]/2，为频率区间内代表频率；φjk为分布于0～2π之间的随机相位角；θij(ωk)的表达为：
26、
27、可选地，结构随机波浪作用水动力的传递函数的表达为：
28、sf(ω)＝[t(ω)]2sη(ω)
29、其中，sf(ω)为结构波浪作用力谱，t(ω)为频域内波浪力传递函数，sη(ω)为波浪谱，即，频域内波浪力传递函数t(ω)用于实现由波浪谱sη(ω)到结构波浪作用力谱sf(ω)的一个传递计算；
30、传递函数与结构水动力系数直接相关，如对于大尺度等截面直立圆柱体，其水下z1～z2段柱体上波浪力传递函数表示为：
31、
32、其中：
33、
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【技术保护点】
1.一种考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法，其特征在于，所述互相关谱包括：风速自谱、风速互谱、波浪谱以及风-浪互谱。
3.根据权利要求1所述的考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法，其特征在于，风-浪联合场功率谱矩阵的表达Suη(ω)为：
4.根据权利要求1所述的考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法，其特征在于，对所述风-浪联合场功率谱矩阵进行Cholesky分解的表达为：
5.根据权利要求4所述的考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法，其特征在于，通过谐波合成方法得到水面以上风场各位置节点脉动风速时程，第i节点脉动风速时程ui(t)计算式为：
6.根据权利要求1所述的考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法，其特征在于，结构随机波浪作用水动力的传递函数的表达为：
7.根据权利要求4所述的考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法，其特征在于，风、浪相互作用下的结构随机波
8.一种考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算装置，其特征在于，包括：
9.一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中任意一项所述的考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法。
10.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行权利要求1至7中任意一项所述的考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法。
...【技术特征摘要】
1.一种考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法，其特征在于，所述互相关谱包括：风速自谱、风速互谱、波浪谱以及风-浪互谱。
3.根据权利要求1所述的考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法，其特征在于，风-浪联合场功率谱矩阵的表达suη(ω)为：
4.根据权利要求1所述的考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法，其特征在于，对所述风-浪联合场功率谱矩阵进行cholesky分解的表达为：
5.根据权利要求4所述的考虑相干性海洋结构的风-浪联合作用力的计算方法，其特征在于，通过谐波合成方法得到水面以上风场各位置节点脉动风速时程，第i节点脉动风速时程ui(t)计算式为：
6.根据权利要求1所述的考虑相干性海洋结...
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