专利名称：基于海浪谱的三维海浪模拟方法
技术领域：
本发明涉及流体数值仿真领域，具体是一种基于海浪谱的三维海浪模拟方法。
背景技术：
(I)研究海浪及其对工程的作用有三种途径一是现场观测研究；二是在实验室内进行模拟研究；三是理论分析研究。由于海浪的复杂多变性，加上现场环境恶劣，进行现场观测需花费大量人力物力；理论研究目前也有较大的局限性，特别是对于不规则波浪，很多问题有赖于室内的模拟研究。随着电子计算机的发展和普及，海浪的数值模拟得到迅速发展，它具有经济方便等优点，日益受到人们的重视和广泛的应用(2)在进行海洋运动体的运动学和动力学分析、海上工程施工过程规划及海上设备的设计时都需要研究海浪对目标设备的作用及其产生的影响，因此必须要有一个较理想的海浪信号来研究上述问题。海浪的仿真正是针对这种问题而提出的。目前学者们对于海浪模拟已经做了许多工作，例如以流体动力学方程组-Navier-Stokes方程组表达,通过一系列近似和简化，通过数值解法来求解。虽然这类方法相对而言，效果比较真实，适用范围较为广泛。但是计算量往往很大，效率较低。(3)根据线性叠加法利用海浪谱和随机过程来模拟随时间任意变化的海浪。所谓谱分析就是阐明海浪的能量相对于波浪频率、波浪传播方向或其他独立变量的分布规律。是通过一系列的正弦函数的叠加来描述海浪，正弦函数的幅值、相位等等参数则由选定的海浪谱进行一一的取定。但是上述传统的模拟方法模拟出的海浪波峰波谷变化都比较突兀，这与实际的海浪情况是不符合，有较大的失真。综上所述，传统模型仿真失真原因为实际的海浪的波峰波谷应该比较柔和地过渡。传统海浪模拟失真，主要原因是将海浪看成平稳随机过程。实际中的海浪并不是随机平稳的，因为海浪的形成的主要作用因素一风是个很复杂的自然现象，是随时变化的。将海浪看成是随机平稳过程，必然导致把海浪形成过程孤立地考虑，而没考虑海浪的相邻的两个状态间的相互作用对于瞬时海浪的形成的影响，这必然导致模拟出来的海浪与现实不符。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于海浪谱的三维海浪模拟方法。本发明是通过以下技术方案实现的。一种基于海浪谱的三维海浪模拟方法，包括以下步骤第一步，确定观测时刻t，并取得该时刻的海浪波高；第二步，取观测时刻t前海面相对平静的某一时刻为观测的0时刻，并取得该时刻的海浪波闻;第三步，在考虑海浪形成时间历程的基础上，推导得到海浪的相关函数，并计算得到海浪的衰减权值函数；第四步，将0时刻的海浪波高乘上衰减权值函数叠加在观测时刻t的海浪波高上，以此体现前一时刻海浪对观测时刻海浪的影响；第五步，改变叠加海浪的方向谱函数的角度初相位模拟风向变化；第六步，重复上述步骤，取多个时刻的海浪叠加，最终得到海浪的模拟。所述第三步中，相关函数为
权利要求
1.一种基于海浪谱的三维海浪模拟方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步，确定观测时刻t，并取得该时刻的海浪波高； 第二步，取观测时刻t前海面相对平静的某一时刻为观测的O时刻，并取得该时刻的海浪波闻; 第三步，在考虑海浪形成时间历程的基础上，推导得到海浪的相关函数，并计算得到海浪的衰减权值函数； 第四步，将O时刻的海浪波高乘上衰减权值函数叠加在观测时刻t的海浪波高上，以此体现前一时刻海浪对观测时刻海浪的影响； 第五步，改变叠加海浪的方向谱函数的角度初相位模拟风向变化； 第六步，重复上述步骤，取多个时刻的海浪叠加，最终得到海浪的模拟。
2.根据权利要求1所述的基于海浪谱的三维海浪模拟方法，其特征在于，所述第三步中，相关函数为
3.根据权利要求1所述的基于海浪谱的三维海浪模拟方法，其特征在于，所述第三步中，衰减权值函数为
4.根据权利要求1所述的基于海浪谱的三维海浪模拟方法，其特征在于，所述第四步中得到的观测时刻t的瞬时波高为
5.根据权利要求4所述的基于海浪谱的三维海浪模拟方法，其特征在于，所述幅值4 ⑷為)=^ ,其中，
6.根据权利要求5所述的基于海浪谱的三维海浪模拟方法，其特征在于，所述频谱函
7.根据权利要求5所述的基于海浪谱的三维海浪模拟方法，其特征在于，所述方向函 数咖為岬其中，
全文摘要
本发明公开了一种基于海浪谱的三维海浪模拟方法，包括确定观测时刻t，并取得该时刻的海浪波高；取观测时刻t前海面相对平静的某一时刻为观测的0时刻，并取得该时刻的海浪波高；在考虑海浪形成时间历程的基础上，推导得到海浪的相关函数，并计算得到海浪的衰减权值函数；将0时刻的海浪波高乘上衰减权值函数叠加在观测时刻t的海浪波高上，以此体现前一时刻海浪对观测时刻海浪的影响；改变叠加海浪的方向谱函数的角度初相位模拟风向变化；重复上述步骤，取多个时刻的海浪叠加，最终得到海浪的模拟。本发明通过上述步骤对海浪进行模拟，模拟出的海浪的效果相比传统方法失真小，符合现实的海浪。
文档编号G06F19/00GK102982239SQ20121046151
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月15日 优先权日2012年11月15日
发明者马春翔, 郑茂琦, 王志波, 高峰 申请人:上海交通大学