船舶在波浪中的運(yùn)動(dòng)理論ch海洋波浪理論素材

1、會(huì)計(jì)學(xué)1船舶在波浪中的運(yùn)動(dòng)理論船舶在波浪中的運(yùn)動(dòng)理論ch海洋波浪理海洋波浪理論素材論素材22.1 海洋波浪概述海洋波浪概述2.2 水波理論基礎(chǔ)水波理論基礎(chǔ) 定解問(wèn)題、線性與非線性水波、水波運(yùn)動(dòng)特征定解問(wèn)題、線性與非線性水波、水波運(yùn)動(dòng)特征2. 3 風(fēng)浪風(fēng)浪 風(fēng)浪及其描述、海況、典型浪譜、統(tǒng)計(jì)特征風(fēng)浪及其描述、海況、典型浪譜、統(tǒng)計(jì)特征本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：3常見(jiàn)的海洋中的波動(dòng)現(xiàn)象4Wave periodSurface tensiongravityRestoring:Coriolis forcewindearthquakemoon & sunForcing:Relative energy海洋表

2、面波動(dòng)成因及波能頻譜關(guān)系（海洋表面波動(dòng)成因及波能頻譜關(guān)系（Kinsman，1965） 5隨機(jī)風(fēng)隨機(jī)風(fēng)波波 陡陡：H/相對(duì)波高相對(duì)波高：H/h相對(duì)波長(zhǎng)相對(duì)波長(zhǎng)： h/Random WaveAriy WaveStokes WaveCnoidal WaveSolitary Wave 水 體67gU22821920821908作用力主要成份：作用力主要成份：拖曳力、升力；慣性力；拖曳力、升力；慣性力；沖擊力；靜水力；沖擊力；靜水力； 系泊力系泊力水下結(jié)構(gòu)物樁柱式結(jié)構(gòu)物大尺度浮式結(jié)構(gòu)物直墻式結(jié)構(gòu)物斜坡式結(jié)構(gòu)物一般波浪一般波浪駐波駐波破碎波破碎波破后波破后波910 針對(duì)不同的針對(duì)不同的 理論及方法：理論及

3、方法：波陡波陡相對(duì)水深相對(duì)水深相對(duì)波高相對(duì)波高l 小振幅線性波小振幅線性波l 有限振幅波有限振幅波l 流函數(shù)流函數(shù)l 橢圓余弦波橢圓余弦波l 孤立波孤立波l 淺水長(zhǎng)波等等淺水長(zhǎng)波等等110);,(2tzyx0210gzppt流場(chǎng)壓力分布V流場(chǎng)速度分布12 ),(),();(00)(,0)(21)(2)(, 000222yxgtyxftpTzorBztzgtFpLtthzhz13)(2Vtg 1021gzpptaztzVtzdtd)(1/aaazpptg 1zt)0(, 022zzgt22ttg-動(dòng)力學(xué)方程動(dòng)力學(xué)方程運(yùn)動(dòng)學(xué)方程運(yùn)動(dòng)學(xué)方程注：上面的推演比較粗略，但結(jié)論是正確的，后續(xù)將給予嚴(yán)格證明。

4、 zgtg1500)0(0)(0222hzhzzorzzgtp 1aa)(O16);,(tzx)cos(tkxa)(0)0(1)0(),(02222zzztgztzzxzx學(xué)條件動(dòng)力運(yùn)動(dòng)學(xué)條件 - 由線性動(dòng)力學(xué)條件和由線性動(dòng)力學(xué)條件和的表達(dá)式可知的表達(dá)式可知 由取下面的形式由取下面的形式)sin()(),tkxzFtzx（)cos()()cos(tkxFgtkxa0agF)(0 由運(yùn)動(dòng)學(xué)條件由運(yùn)動(dòng)學(xué)條件 )sin()sin()(tkxtkxFa 0aF)(0學(xué)條件動(dòng)力運(yùn)動(dòng)學(xué)條件 0 1-0 )()(ztgztzakzaFkegzF)0()(gk2kgkgaa2 )sin(),tkxegtzxk

5、za（ 由由Laplace 方程方程02 )()(zFzFkkzaaegzFg)(0得到得到02222zx)sin()(),tkxzFtzx（)(0)0()(zzgFeezFakzkz 19)sin();,()sin()();,(tkxegtzxtkxchkhhzchkgtzxkzaatg 1tkxegtzxtkxchkhzchkgtzxkzaacossin);,(cossin)();,()cos();(tkxtxatkxtxasinsin);(20kCP/tkxkhhzkgtzxtkxkhhzkgtzxaacossincosh)(cosh);,()sin(cosh)(cosh);,(T20)

6、( tkxdtdtg 1)tanh(2khkgtkxtxtkxtxaasinsin);()cos();(2k022zgtT;zotx;kg2hz o x 21Vtkxegtzxtkxegtzxkzakzacossin);,()sin();,(sinsin)cos(0000tkxezgpptkxezgppkzaakzaa)(022kzazxpeVVV/ 2121020dxgdlzE0gzppta12aaaPpkkCV)()()()()()(000220200kxtgxxzzezzxxkzadtxxxiii0224121aagEgE22)()(dtdzdtdxVp221agE22行行 波：波：兩個(gè)

7、駐波的疊加，波形向前傳播。兩個(gè)駐波的疊加，波形向前傳播。駐駐 波：波：兩個(gè)行波的疊加，波形上下振蕩兩個(gè)行波的疊加，波形上下振蕩行波：行波：水深無(wú)限時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)作軌圓運(yùn)動(dòng)；水深無(wú)限時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)作軌圓運(yùn)動(dòng)； 水深有限時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)作橢圓運(yùn)動(dòng)。水深有限時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)作橢圓運(yùn)動(dòng)。 駐波：駐波：流體質(zhì)點(diǎn)由波峰處的上下振蕩，流體質(zhì)點(diǎn)由波峰處的上下振蕩， 發(fā)展至節(jié)點(diǎn)附近的水平振蕩發(fā)展至節(jié)點(diǎn)附近的水平振蕩WATER WAVE OSCILLATION DEMONSTRATIONWATER WAVE OSCILLATION DEMONSTRATION23z=/2淺水波有限深水波深水波201h21201h21hzxx=x =/

8、2波傳播方向O水深對(duì)波形與流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的影響流場(chǎng)速度分布示意圖24L/4L/2NodeNodeAntinodeStructureIncident Wave水波遭遇直墻時(shí)，流場(chǎng)產(chǎn)生衍射入射波（紅色）遭遇直墻后反射（藍(lán)色）兩者合成clapotis(黑色)CLAPOTISCLAPOTIS DEMONSTRATION DEMONSTRATION Clapotis：駐波25)tanh()tanh(2khkhghkhkg/2 hkh ) 1(,) 1(,khkgkhghk) 1(, 1)tanh() 1(,)tanh(khkhkhkhkh25. 12;8 . 02gCgTPkhkhghCkhkgkCPP)

9、tanh()tanh(/) 1(,/) 1(,khkgCkhghCPP26)/(421kk )22cos()22cos()22cos(2)cos()cos( 2121212121212211txkktxkktxkkatxkatxkaa)22cos(2txkaa112121/)/()(kkkCP21PPPPPPgCkhshkhCCdkdCkCdkkCdkC)(/)(22122aadkdkkCg/)/()(2121gCgC27gPCC2gPCC GROUP VELOCITY DEMONSTRATIONGROUP VELOCITY DEMONSTRATION28 231231TLkMLTLLTMLk

10、LTgkCP)()()(21kgkCP21,21, 021:31:0:TLM),(gfCP297/bHhH /h)(7khthHbhHb78. 02)(hhH2)(hhHUR/HhH /RU3031),(0)()(211)(0)(21)(2)(0222hzorzzztgztzgtp321ka)()3(3)2(2)1()()3(3)2(2)1(jjjj202200)21(21)21(1)21(1);,(zzzztzgtzgtgtyx02202222)(21)(2)(21)(2)(21)(2zzztzgtztzgttzgt33)()2(2) 1 ()()2(2) 1 (jjjj002z202200

11、)21(21)21(1)21(1);,(zzzztzgtzgtgtyx02202222)(21)(2)(21)(2)(21)(2zzztzgtztzgttzgt00)()(2zjj,)1()1(1)(2)(2jjjjfzgt,1)1()1(2)()(jjjjftg比較等式左右的比較等式左右的34)(,)()(, )(,)(,)()()()()()()()()()()()()()()(02110000111212211121212222222ztztgztzgtzzgthzzzh 按以上攝動(dòng)展開(kāi)法可以獲得各階按以上攝動(dòng)展開(kāi)法可以獲得各階 滿(mǎn)足的控制方程和邊界條件以及滿(mǎn)足的控制方程和邊界條件以及

12、滿(mǎn)足滿(mǎn)足的波面方程。階數(shù)愈高，推演愈繁復(fù)。下面給出的波面方程。階數(shù)愈高，推演愈繁復(fù)。下面給出一一階和二階條件：階和二階條件：)0(, ,1)0(, ,)(,0)0(,0)1()1(2)()()1()1(1)(2)(2)()(2zftgzfzgthzzzhjjjjjjjjjj)(,)(,)(,)(,)()()()()()(0100000111212112ztgzzgthzzzh一般形式作業(yè)：推導(dǎo)三階條件作業(yè)：推導(dǎo)三階條件)(,)()(, )(,)(,)()()()()()()()()()()()()()()(021110 1000111212211121212222222ztztgtgztzgt

13、ztgzgthzzzh二二 階階 速速 度度 勢(shì)和波高勢(shì)和波高 推推 導(dǎo)導(dǎo)tkxkhhzkgtzxa 1,sincosh)(cosh);,()(二階勢(shì)控制方程和定解條件為一階勢(shì)為coscos)()(aagtkgx11 , sin)(2212 kgza , 1212cossin)()(thkhkgtzkgtxaa 213sin)(thkhkgtza , 1sin)(thkhkgza在z=0處， 一階勢(shì)各階導(dǎo)數(shù)為)(2sin)0(, 12) 1 () 1 () 1 (2) 1 (2) 1 ()2(2)2(2tkxFztzgtztgzgta 將上述一階導(dǎo)數(shù)代入 二階勢(shì)自由面條件 khchkgkhth

14、kgkthkhgkkhthkgkggF222222222223123 212)(假定二階勢(shì)為)(2sin2)(22)2(tkxkhchhzkchGaFGkhgkth)(2242 滿(mǎn)足Laplace 方程和水底條件 khchkhchkhgkshkhchkhchkhchkhchgkshkhchkhgkshkhkhchkhgkshkhgkthD24224 2222224322)()(2sin)224(22)2(2)2(2tkxGkhgkthzgta所以khshkhchgkthkhkhshkhchkhgkshkhchkhchkhchkgDFG4432222838234223)(2sin)(28342)

15、2(tkxkhshhzkcha所以2cos2432cos2432cos243132424220)2(khshkhchchkhkkhshkhchkthkhkhshkhchgtgaaaz2coscos)sin(cos22cos243)0(,)(2111)2(2)2(02222222232) 1 () 1 () 1 (2) 1 ()2()2( kthkhkhthkgkhshkhchchkhkztztgtgaaa帶入二階波高表達(dá)式khshkthkhkhshkhchkthkhkkhchkhchkgthkhkkhthkgaaaaaa222222242)1 (4222222222222)2(0 khshkh

16、chchkhkchkhshkhkhshkkhshkhchchkhkkthkhkhchkgkhshkhchchkhkkthkhkhthkgkhshkhchchkhkaaaaaaaaa322223222222322222232)2(2) 12(41242432142432)1 (42432cos) 12(4223222)2(khshkhchchkhkkhshkaa4031864333833331393164122121341221832322623243222223222222211cos)(cos)(sincosh)(cosh)()(cos)(sin)(cosh)(cossin)cosh()(c

17、osh)()()()()()(kkAkkhhzkkkhshkhzkkAkhhzkAaaaaaaatkxkhgANOTEa)coth(:劉應(yīng)中，5.141（m m）2nd Order Stokes wave, H = 6 m, T = 8 sec. and h = 10 m)sin()();,(tkxchkhhzchkgtzxa)sin()()cos()(tkxshkhhzshkzwtkxshkhhzchkxuaa有限水深速度勢(shì) 1,ch2kh 1,h)chk(z 1,khz/h),kh(1h)k(zh)shk(zkhshkh , )sin()()cos(tkxhzkhghhwtkxghhuaa

18、1速度為考慮淺水波情形 ，于是有水平速度u 沿水深為常數(shù)，垂向速度為O(kh)1，比水平速度小一個(gè)量階，可忽略。 43zpgzwwxwutwxpzuwxuutuzwxu110pFVVtVV)(044zpgzwwxwutwxpzuwxuutu11),(01txcgzpzpguw )(0zgppxgxpxgxuutu0ppz000dzzwxuzwxuh)(00zuxwzu無(wú)旋水平速度u沿水深為常數(shù)4500tudzxhdxdaxaxfdxdbxbxfdttxfdttxfdxdxbxaxxbxa)(;)(;);();()()()()(zhzhhzhhzwdzzwxhuxuudzxdzxu000000

19、xgxuutu0)(0)(0)(0)(00ohzhzzzwxhuxhzDtDwxutzDtD 0)(00dzzwxuzwxuh0000000zzhzzhhhhhuwdzdzudzuuwwxzxxx000zzhzzhhuuwwtxx 46)(2Oxuu00tudzxh)()()(huxhuxdzuxh000 xgxuutu0)(huxt0 xgtu最終，得最終，得 以上兩式方程組為淺水運(yùn)動(dòng)基本方程，是淺水長(zhǎng)波推演與數(shù)值計(jì)算的以上兩式方程組為淺水運(yùn)動(dòng)基本方程，是淺水長(zhǎng)波推演與數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)?；A(chǔ)。47002202222022xghtxughtu代入淺水基本方程，如考慮等深度淺水情形代入淺水基本方程

20、，如考慮等深度淺水情形 ， 對(duì)于淺水，由于相速度對(duì)于淺水，由于相速度 ，于是，于是ghC )(0consth ,tCgghtCChth2ghghghC221gghCh2xCgghxCChxh20000211ChghhgC)()(0)(huxt0 xgtu則不難改造淺水運(yùn)動(dòng)方程成為則不難改造淺水運(yùn)動(dòng)方程成為00222022222022xCtxuCtu這是典型的波動(dòng)方程，表明淺水運(yùn)動(dòng)是波動(dòng)，其一般解為這是典型的波動(dòng)方程，表明淺水運(yùn)動(dòng)是波動(dòng)，其一般解為 。)(0tCxF49l 發(fā)展中的風(fēng)浪：發(fā)展中的風(fēng)浪：風(fēng)浪（wind generated waves）： l 風(fēng)浪的發(fā)展過(guò)程(Wave develop

21、ment and decay )：一般地，工程上考慮的風(fēng)浪僅指充分發(fā)展的風(fēng)浪！海 浪 的 隨 機(jī) 性為了說(shuō)明海浪具有平穩(wěn)性的特點(diǎn)，即海浪是一個(gè)平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程，首先敘述確定隨機(jī)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)特性的兩種方法:(1)橫截樣集的統(tǒng)計(jì)特性:參看下圖 ，在t=t1， t=t2等處的統(tǒng)計(jì)特性定義為橫截樣集的統(tǒng)計(jì)特性。當(dāng)當(dāng)t=t2時(shí)，有時(shí)，有M(t2), D( (t2)。 當(dāng)當(dāng)M(t1) =M(t2)=M(常數(shù)常數(shù))， D( (tl) = D( (t2) =. =2 (常數(shù)常數(shù))時(shí)，時(shí)，統(tǒng)計(jì)特性不統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間變化隨時(shí)間變化。我們將統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間變化的隨機(jī)過(guò)程稱(chēng)為我們將統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間變化的隨機(jī)過(guò)程稱(chēng)為平穩(wěn)隨

22、機(jī)過(guò)程平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。從上從上面的分析知道，平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)特性可以用橫截樣集中任一個(gè)現(xiàn)實(shí)的統(tǒng)計(jì)特面的分析知道，平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)特性可以用橫截樣集中任一個(gè)現(xiàn)實(shí)的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)表征。這樣，使隨機(jī)過(guò)程統(tǒng)計(jì)特性的計(jì)算工作大大簡(jiǎn)化。性來(lái)表征。這樣，使隨機(jī)過(guò)程統(tǒng)計(jì)特性的計(jì)算工作大大簡(jiǎn)化。 在實(shí)踐中，通常在實(shí)踐中，通常把風(fēng)浪和由此引起的船舶運(yùn)動(dòng)都看成是一個(gè)平穩(wěn)隨把風(fēng)浪和由此引起的船舶運(yùn)動(dòng)都看成是一個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程機(jī)過(guò)程，即它們都具有平穩(wěn)性的特點(diǎn)，也就是說(shuō)，它們的統(tǒng)計(jì)值是穩(wěn)，即它們都具有平穩(wěn)性的特點(diǎn)，也就是說(shuō)，它們的統(tǒng)計(jì)值是穩(wěn)定的，不隨時(shí)間而變化。定的，不隨時(shí)間而變化。3. 3. 海浪的各態(tài)歷經(jīng)性(1)(1)樣

23、集中每一個(gè)現(xiàn)實(shí)的統(tǒng)計(jì)特性相等。樣集中每一個(gè)現(xiàn)實(shí)的統(tǒng)計(jì)特性，例如數(shù)樣集中每一個(gè)現(xiàn)實(shí)的統(tǒng)計(jì)特性相等。樣集中每一個(gè)現(xiàn)實(shí)的統(tǒng)計(jì)特性，例如數(shù)學(xué)期望和方差分別為學(xué)期望和方差分別為: : 式中：式中：T記錄的總時(shí)間記錄的總時(shí)間 M 1 (t) = M 2 (t) =M D1 (t) = D2 (t) =.=2空間性空間性對(duì)于海浪及海浪引起的搖蕩運(yùn)動(dòng)，都看成是具備各態(tài)歷經(jīng)性的隨機(jī)過(guò)程。由上面的分析看出，對(duì)于具備各態(tài)歷經(jīng)性的隨對(duì)于具備各態(tài)歷經(jīng)性的隨機(jī)過(guò)程，可用單一記錄的時(shí)間平均來(lái)代替機(jī)過(guò)程，可用單一記錄的時(shí)間平均來(lái)代替n n個(gè)記錄的樣集平個(gè)記錄的樣集平均，使隨機(jī)過(guò)程的數(shù)據(jù)分析工作進(jìn)一步簡(jiǎn)化均，使隨機(jī)過(guò)程的數(shù)據(jù)分

24、析工作進(jìn)一步簡(jiǎn)化。例如，分析某一海區(qū)的風(fēng)浪特性，根據(jù)各態(tài)歷經(jīng)性假定，只要取一個(gè)浪高儀足夠長(zhǎng)的時(shí)間記錄，例如20min 的記錄，對(duì)此進(jìn)行分析所得的統(tǒng)計(jì)特性就能表征整個(gè)海區(qū)的統(tǒng)計(jì)特性。61風(fēng)浪的基本特征：maxTaTh62a)(t相關(guān)注釋相關(guān)注釋: :63)2 , 0(i;)cos()(11iiiiaiiitxkt221aigEdSggEiai)(2102)(S221)(aiS概率密度函數(shù)為概率密度函數(shù)為21)(if11iiiiaiiitxkt)cos()(220011120 iiiaiiiiiiiE (t)f()dcos (k xt)d 0E (t)0E (t)期望222222200112011

25、12 iiiaiiiiiiiiaiiii=E(t)f()dcos (k xt)f()d S()S( )d222222220011222201112 iiiiaiiiiiiiniaiiiii=E(t)f()dsin (k xt)f()d S()S( )d方差66dSmnn0)(40221mmm2240=E(t)S( )d67 波面的時(shí)間序歷 波高的頻率域分布密度 2/ )(1iiii)()cos(lim)(1StxktNiiiiaiN)(S),(maxmin)(2iaSi)cos()(1iiiNiaitxkt)2 , 0(/2iiigk6869Beaufort Number Descriptio

26、n Wind SpeedWave HeightKm/hmphktsm/smft0calm111 14Phenomenal71DegreeHeight (m)Description0no waveCalm (Glassy)10 - 0.10Calm (Rippled)20.10 - 0.50Smooth30.50 - 1.25Slight41.25 - 2.50Moderate52.50 - 4.00Rough64.00 - 6.00Very Rough76.00 - 9.00High89.00 - 14.00Very High914.00PhenomenalDouglas Sea Scale

27、DegreesDescription0No Swell1Very Low (short and low wave)2Low (long and low wave)3Light (short and moderate wave)4Moderate (average and moderate wave)5Moderate rough (long and moderate wave)6Rough (short and heavy wave)7High (average and heavy wave)8Very high (long and heavy wave)9Confused (wave len

28、gth and height indefinable)Wind Sea: Swell: Wind Sea: Swell: 727374000010110ZZZZZZVVZlglglg)/ln()/ln(不同高度處風(fēng)速換算不同高度處風(fēng)速換算75中國(guó)近海及毗連海域海浪波高的地理分布中國(guó)近海及毗連海域海浪波高的地理分布 單位單位:米76世界范圍內(nèi)的波高、波周期和它們出現(xiàn)的概率世界范圍內(nèi)的波高、波周期和它們出現(xiàn)的概率波高(m)波浪周期（s）總計(jì)10.512.514.516.518.520.521140.00010.00010.00030.0003 0.00010.0009總計(jì)41.6

29、0829.17416.2417.51873.05711.08140.38440.10980.15830.667910077北大西洋波高、波周期和它們出現(xiàn)的概率北大西洋波高、波周期和它們出現(xiàn)的概率78北太平洋波高、波周期和它們出現(xiàn)的概率北太平洋波高、波周期和它們出現(xiàn)的概率79西太平洋及東海波高、波周期和它們出現(xiàn)的概率西太平洋及東海波高、波周期和它們出現(xiàn)的概率80南海波高、波周期和它們出現(xiàn)的概率南海波高、波周期和它們出現(xiàn)的概率81南海波高、波周期和它們出現(xiàn)的概率南海波高、波周期和它們出現(xiàn)的概率82dttT)(2/,2/; 02/2/);(TttTTtTtTTtt ),()(tTdtetGtiTT)

30、(21)()(tTdteGttiTT)()(83dSdttTTTTT)()(1lim222dSdGTdGGTddtetGTdtdeGtTdttTdttTtEDTTTTTTTTTTTtitiTT)()(2lim)()(2)(21)(2)()(1)(1)(1)(2*222222)(2lim)(TTGTSTtt ),(i tTTtGedt( )( )i tTTGt edt1( )( )284Wienner-KhintchinedeSdeGGTdedtetGTdtdeGtTdtttTttERiiititiTTTTTTTTTT)()()(2)(21)(2)()(1)()(1)()()(*)(deRSde

31、SRii)(21)()()(dSRdRScos)(2)(cos)(1)(00作業(yè)：推導(dǎo)左側(cè)公式作業(yè)：推導(dǎo)左側(cè)公式i tTTtGedt( )( )i tTTGt edt1( )( )285)(S)(S)0(),(2)(SS00 00 2)()(SS86由于由于 功率譜或諧方差函數(shù)能完整描述（均值為零的）平穩(wěn)過(guò)程的功率譜或諧方差函數(shù)能完整描述（均值為零的）平穩(wěn)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)特性。統(tǒng)計(jì)特性。 故理論和工程上實(shí)用地采用海浪譜密度（即平均功率譜密度故理論和工程上實(shí)用地采用海浪譜密度（即平均功率譜密度、能量譜密度）函數(shù)作為風(fēng)浪的輸入模型。、能量譜密度）函數(shù)作為風(fēng)浪的輸入模型。 真實(shí)的海浪譜是無(wú)法知曉的。譜估計(jì)

32、的典型方法：真實(shí)的海浪譜是無(wú)法知曉的。譜估計(jì)的典型方法： FFT（Fast Fourier Fransform）其它方法：相關(guān)函數(shù)法、自回歸模型參數(shù)法、濾波法其它方法：相關(guān)函數(shù)法、自回歸模型參數(shù)法、濾波法 海浪采樣(ti)對(duì)(ti)作FFT粗譜光順處理估計(jì)譜 譜質(zhì)量分析 參見(jiàn) 文圣常 海浪理論與計(jì)算原理4.6節(jié)8788)(exp)(2smBASqp（適于風(fēng)浪預(yù)報(bào)與計(jì)算）（適合于船舶與海洋等工程計(jì)算） 目前，海浪譜式類(lèi)型：目前，海浪譜式類(lèi)型：89式中，u為海平面之上19.5m處風(fēng)速（m/s),p為譜峰頻率，p= 0.877g/u。 自1960s起，P-M譜替代了純經(jīng)驗(yàn)的Neumann譜式。 45

33、234523)(45exp101 . 8)(74. 0exp101 . 8)(pguggS1）P-M 譜 Moscowitz(1964)對(duì)北大西洋1955-1960年的觀測(cè)資料進(jìn)行了460次的譜分析，從中篩選出54個(gè)屬于充分成長(zhǎng)的譜，依風(fēng)速分成5組，求各組的平均譜。Pierson和Moscowitz又進(jìn)行了無(wú)因次化分析處理與擬合，最后得到了如下有因次譜式：90式中，Karmann常數(shù)K=0.4 ，C10為對(duì)應(yīng)u10的海面切向阻力系數(shù)。計(jì)算C10的方法很多，Pierson推薦Sheppard的經(jīng)驗(yàn)公式：10ln1 1010zKCuuz 由于受Neumann譜式的影響，海浪計(jì)算中的風(fēng)速通常用海面以

34、上10m處的風(fēng)速u(mài)10。它與高度z處的風(fēng)速u(mài)z有以下?lián)Q算關(guān)系：3101010)114. 08 . 0(uC91式中，p為譜峰頻率，為譜峰升高因子(一般地取=1.56，視海浪情況而定，平均值為3.3), 為譜峰形狀參數(shù)，取值： =0.07 （p）；=0.09 （p)為無(wú)因次常數(shù)，是無(wú)因次風(fēng)區(qū) 的函數(shù)， , x為風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，u為海面之上10m處風(fēng)速（m/s)。譜峰頻率按下式計(jì)算：2）JONSWAP 譜 1960s末，英、荷、美、德等國(guó)開(kāi)展了“聯(lián)合北海波浪計(jì)劃”（Joint North Sea Wave Project）項(xiàng)目，對(duì)北海海域風(fēng)浪進(jìn)行了實(shí)測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析，由Hasselmann等人于1972年推

35、出了如下譜式：22. 0076. 0 x2/ugxx 33. 02)/)(/(22ugxugp2)(221exp452)(45exp)(pppgS92 由此該譜式轉(zhuǎn)換成了以有義波高和特征周期為參數(shù)的譜式，被船舶與海洋工程業(yè)界所廣為采用，也被ISSC所接受。 2) 185. 41(221exp44154123/1)3 . 3(691exp173658. 0)(TTThS931）ITTC單參數(shù)譜 （適用于充分發(fā)展的海浪）3221 38.10 10,3.11AgBH其中有義波高與風(fēng)速的關(guān)系為： 136.85uH45exp)(BAS 11th ITTC（1966）推薦的單參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)波能譜： 采用單一參數(shù)

36、（有義波高）表達(dá)波譜，可消除各種波譜間因參數(shù)不同所帶來(lái)的差異。單參數(shù)譜不能很好具有工程應(yīng)用性 ，但具有不同研究的驗(yàn)證作用。94414123/1/691,/173TBTHA45exp)(BAS 與單參數(shù)譜比較，因考慮了兩個(gè)參數(shù)（有義波高和特征周期），故雙參數(shù)譜更具有工程實(shí)用價(jià)值。2） ITTC雙參數(shù)譜 （適用于非充分發(fā)展的海浪）其中， ，而特征周期如缺乏波浪的特征周期，可近似地取觀察的平均周期。 12th ITTC（1969）推薦的雙參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)波能譜：101/2mmT95其中，Hv 和Tv為目測(cè)波高與周期。而對(duì)于有限風(fēng)區(qū)，ISSC（1979）建議采用譜式：ppTfTf/1,09. 0/1,07.

37、0445444. 0exp11. 0)(fTfTHfSvvv3） ISSC雙參數(shù)譜 對(duì)于無(wú)限風(fēng)區(qū)，ISSC（1964）建議采用譜式：2)21(exp44542145exp)(fTppspfTfTHfS10.06240.230.3360.185(1.9)譜峰升高因子=110其中譜峰形狀因子：Hs為有效波高，Tp 為譜峰周期，Tp=1.05Tv96式中， or 65. 1265. 0)(,0)265. 0)(065. 0)(exp)(212pppAS4） BTTP譜 (充分成長(zhǎng)的海浪） 英國(guó)船池協(xié)會(huì)推薦的譜式：12)389. 71545. 0(142. 6)442. 00625. 0(5 .21u

38、uAp其中，u為風(fēng)速（節(jié)）人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書(shū)，廣泛閱讀，古人說(shuō)“書(shū)中自有黃金屋?！蓖ㄟ^(guò)閱讀科技書(shū)籍，我們能豐富知識(shí)，培養(yǎng)邏輯思維能力；通過(guò)閱讀文學(xué)作品，我們能提高文學(xué)鑒賞水平，培養(yǎng)文學(xué)情趣；通過(guò)閱讀報(bào)刊，我們能增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)，擴(kuò)大自己的知識(shí)面。有許多書(shū)籍還能培養(yǎng)我們的道德情操，給我們巨大的精神力量，鼓舞我們前進(jìn)。99Vtkxegtzxtkxegtzxkzakzacossin);,()sin();,(sinsin)cos(0000tkxezgpptkxezgppkzaakzaa)(022kzazxpeVVV/ 2121020dxgdlzE0gzppta12aaaPpkkCV)()()()()()(000220200kxtgxxzzezzxxkzadtxxxiii0224121aagEgE22)()(dtdzdtdxVp221agE100),(0)()(211)(0)(21)(2)(0222hzorzzztgztzgtp101)(