一种不规则波浪砰击施工平台受力分析方法、系统及其计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及砰击载荷分析技术领域，尤其涉及一种不规则波浪砰击施工平台受力分析方法、系统及其计算机可读存储介质。

背景技术

大自然中通常会遭遇到十分恶劣的自然环境灾害，随着我国跨海桥梁走向深海，在其施工过程中面临着水深、流急、浪大等自然条件。为保证深水基础的安全建造，深水施工平台面临着更为严酷的挑战。海上施工平台四周因无港口、防波堤等掩护设施，往往会直接遭受波浪的作用，波浪传播过程中波面高度变化剧烈，特别极端情况波浪发生破碎时，对海洋结构物安全有着重要的影响。当不规则波浪作用在结构物底部时，会发生波浪的砰击现象，其对平台的威力不容小觑。

假设自由表面不规则波浪由二阶斯托克斯波来进行描述，当平台的高度Δh低于自由表面波上表面高度，或者高于下表面高度时，由于波浪与平台之间气隙的存在，会导致波浪砰击到平台底部。通常来讲，平台为了避免长时间与海水接触，减少波浪砰击的影响，Δh通常≥0。波浪与平台相互作用产生砰击现象的产生机理的复杂性及砰击作用的强非线性，现有的理论计算或数值模拟研究都难以满足工程实际需求，同时，现有的砰击大多针对船舶入水等情况，对于施工平台的研究很少。

发明内容

本发明的主要目的是解决直接快速高效地计算出不规则波浪砰击施工平台的受力分析所存在的问题，提供了一种不规则波浪砰击施工平台受力分析方法、系统及其计算机可读存储介质。

为解决上述技术问题，本发明采用的其中一个技术方案是：一种不规则波浪砰击施工平台受力分析方法，该方法包括如下步骤：

S1、获取深水施工平台信息和计算工况信息：深水施工平台信息包括施工平台底面积A、平台沿波浪传播方向和垂直波浪传播方向的长度L

S2、采用理论计算或模型试验的方法，获得理论上波面的时间历程曲线，获得波峰最高点a和波谷最低点b，当平台出水高度Δh低于波峰最高点a高度，同时高于波谷最低点b高度时，即b<Δh

S3、根据不规则波作用下，不同平台高度时，平台底部受到波浪砰击力分别和相对长度L

S4、根据不规则波作用下，不同平台高度时，平台底部受到波浪砰击力分别和相对出水高度△h/H

S5、根据不规则波作用下，不同平台高度时，平台底部受到波浪砰击力和波陡H/L的关系曲线，得知，平台底部受到波浪砰击力与波陡成指数关系，经过拟合得到波浪砰击力与波陡H

S6、根据平台底部受到波浪砰击力分别与平台相对长度L

S7、根据平台底部受到波浪砰击力的表达式，以及原型的入射有效波高H

进一步的，所述平台底部受到波浪砰击力与平台相对长度L

其中，tanh为双曲正切函数。

进一步的，所述平台底部受到波浪砰击力与平台相对宽度B/L

其中，tanh为双曲正切函数。

进一步的，所述平台底部受到波浪砰击力与平台倾斜角度α的关系式为；

进一步的，所述平台底部受到波浪砰击力与平台相对出水高度△h/H

其中，e是自然指数。

进一步的，所述平台底部受到波浪砰击力与入射波陡H

进一步的，所述平台底部受到波浪砰击力的表达式为：

其中，ρ为水密度，g为重力加速度，A为施工平台底面积。

本发明采用的其中一个技术方案是：一种不规则波浪砰击施工平台受力分析系统，该系统内至少包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述的一种不规则波浪砰击施工平台受力分析方法的步骤。

进一步的，该处理器内至少包括有：

获取模块，用于获取深水施工平台信息和计算工况信息。

判断模块，用于将获取模块获得的平台出水高度Δh与波峰最高点a和波谷最低点b进行判断，判断是否符合施工平台在波浪作用下会发生砰击作用条件。

波浪砰击力系数计算模块，用于获取判断模块的判断条件，并根据获取模块获得的深水施工平台信息和计算工况信息，根据S3至S6的波浪力分别与平台相对长度L

波浪砰击力计算模块，用于根据波浪砰击力系数计算模块获得的数据，代入到S7中的平台受到波浪砰击力的表达式，得到平台受到的波浪砰击力。

本发明采用的其中一个技术方案是：一种计算机可读存储介质，其介质上存储有施工平台的波浪砰击力受力计算程序，该施工平台的波浪砰击受力计算程序被处理器执行时实现上述的一种不规则波浪砰击施工平台受力分析方法的步骤。

本发明具有的优点和积极效果是：可基于理论计算或试验测量所得的平台受到波浪砰击力，直接快速高效地计算出不规则波浪砰击施工平台受力分析。解决了现有的理论计算与模型试验中砰击压力载荷预报的直接计算的繁杂性、测量成本高等缺陷。

附图说明

图1为实施例1中施工平台受力分析方法的流程图；

图2为实施例1中计算参数平面示意图；

图3为实施例1中计算参数立面示意图；

图4为实施例2中不规则波浪砰击施工平台受力分析系统结构框架图

图5为试验例中波面时间历程曲线；

图6为试验例中不规则波作用下，平台高度Δh＝0.00m，平台倾角0°时，平台相对长度(L

图7为试验例中不规则波作用下，平台高度Δh＝0.00m，平台倾角4°时，平台相对长度(L

图8为试验例中不规则波作用下，平台高度Δh＝0.02m，平台倾角-2°时，平台相对长度(L

图9为试验例中不规则波作用下，平台高度Δh＝0.02m，平台倾角4°时，平台相对长度(L

图10为试验例中不规则波作用下，平台高度Δh＝0.00m，平台倾角-4°时，平台相对宽度(B/L

图11为试验例中不规则波作用下，平台高度Δh＝0.00m，平台倾角4°时，平台相对宽度(B/L

图12为试验例中不规则波作用下，平台高度Δh＝0.02m，平台倾角-2°时，平台相对宽度(B/L

图13为试验例中不规则波作用下，平台高度Δh＝0.02m，平台倾角0°时，平台相对宽度(B/L

图14为试验例中不规则波作用下，α＝0°，波高H

图15为试验例中不规则波作用下，α＝0°，波高H

图16为试验例中不规则波作用下，α＝4°，波高H

图17为试验例中不规则波作用下，α＝4°，波高H

图18为试验例中不规则波作用下，Δh＝0m，波高H

图19为试验例中不规则波作用下，Δh＝0m，波高H

图20为试验例中不规则波作用下，Δh＝0.04m，波高H＝0.04m时，不同平台倾角与砰击力的关系图；

图21为试验例中不规则波作用下，Δh＝0.04m，波高H＝0.08m时，不同平台倾角与砰击力的关系图。

其中，1、获取模块；2、判断模块；3、波浪砰击力计算系数模块；4、波浪砰击力计算模块。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。

实施例1

如图1-图3所示，一种不规则波浪砰击施工平台受力分析方法，该方法包括如下步骤：

S1、获取深水施工平台信息和计算工况信息：深水施工平台信息包括施工平台底面积A、平台沿波浪传播方向和垂直波浪传播方向的长度L

假设自由表面不规则波浪由二阶斯托克斯波来进行描述，设A

式中各物理量可以表达为

ω

其中，t是时间；g是重力加速度；x是波面高度计算位置；H、G、D、F均为计算中的中间变量，没有具体含义。

S2、采用理论计算或模型试验的方法，获得理论上波面的时间历程曲线，获得波峰最高点a和波谷最低点b，当平台出水高度Δh低于波峰最高点a高度，同时高于波谷最低点b高度时，即b<Δh

S3、根据不规则波作用下，不同平台高度时，平台底部受到波浪砰击力分别和相对长度L

具体的，所述平台底部受到波浪砰击力与平台相对长度L

其中，tanh为双曲正切函数。

所述平台底部受到波浪砰击力与平台相对宽度B/L

其中，tanh为双曲正切函数。

S4、根据不规则波作用下，不同平台高度时，平台底部受到波浪砰击力分别和相对出水高度△h/H

具体的，所述平台底部受到波浪砰击力与平台倾斜角度α的关系式为；

所述平台底部受到波浪砰击力与平台相对出水高度△h/H

其中，e是自然指数。

S5、根据不规则波作用下，不同平台高度时，平台底部受到波浪砰击力和波陡H

具体的，所述平台底部受到波浪砰击力与入射波陡H

S6、根据平台底部受到波浪砰击力分别与平台相对长度L

其中，ρ为水密度，g为重力加速度，A为施工平台底面积。

S7、根据平台底部受到波浪砰击力的表达式，以及原型的入射有效波高H

实施例2

如图4所示，一种不规则波浪砰击施工平台受力分析系统，该系统内至少包括：存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现实施例1的一种不规则波浪砰击施工平台受力分析方法的步骤。

进一步的，该处理器内至少包括有：

获取模块1，用于获取深水施工平台信息和计算工况信息。

判断模块2，用于将获取模块1获得的平台出水高度Δh与波峰最高点a和波谷最低点b进行判断，判断是否符合施工平台在波浪作用下会发生砰击作用条件。

波浪砰击力系数计算模块3，用于获取判断模块2的判断条件，并根据获取模块1获得的深水施工平台信息和计算工况信息，根据S3至S6的波浪力分别与平台相对长度L

波浪砰击力计算模块4，用于根据波浪砰击力系数计算模块3获得的数据，代入到S7中的平台受到波浪砰击力的表达式，得到平台受到的波浪砰击力。

具体的，根据本实施例的一种不规则波浪砰击施工平台受力分析系统，可以实现快速得到施工平台受到的波浪砰击力，并且具有计算时间短、计算效率高的优点。

需要说明的是，本实施例的一种不规则波浪砰击施工平台受力分析系统的具体实现方式与本申请实施例1的一种不规则波浪砰击施工平台受力分析方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，此处不做赘述。

实施例3

一种计算机可读存储介质，其介质上存储有施工平台的波浪砰击力受力计算程序，其特征在于，该施工平台的波浪砰击受力计算程序被处理器执行时实现实施例1的一种不规则波浪砰击施工平台受力分析方法的步骤。

具体的，上述计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ReadOnly Memory；以下简称：ROM)、可擦式可编程只读存储器(Erasable Programmable ReadOnly Memory；以下简称：EPROM)或闪存、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(Local AreaNetwork；以下简称：LAN)或广域网(Wide Area Network；以下简称：WAN)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

试验例

在试验中，假设入射波浪有效波高为0.08m，有效周期为1.70s，可以得到理论上波面的时间历程曲线，如图1所示，从图5中可知，波峰最高点为0.0631m，波谷最低点-0.0531m。

则此时平台的高度Δh低于自由表面波上表面高度，或者高于下表面高度时，即本算例中-0.0531m<Δh<0.0631m时，波浪会对平台下表面产生砰击作用。对各个变量进行无量纲化进行分析。对于平台外形尺寸，开展平台相对长度(L

图14和图17为不规则波作用下，不同平台相对出水高度与平台受到波浪砰击力的关系，图18和图21为不规则波作用下，不同平台倾角与砰击力的关系。从结果可以发现，平台相对出水高度与砰击力成指数关系，平台倾角与平台受到砰击力则成余弦函数关系，经过拟合得到了波浪砰击力与平台倾角和平台出水高度这部分的表达式。

结合上述表达式，最终得到平台受到波浪砰击力的表达式，该表达式的适用范围如下：入射有效波高H

换算为原型如下：入射有效波高H

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。