用途:该技能用于海洋与海工工程中的数值计算,重点覆盖矩阵运算、FFT 频域分析、线性代数求解与数值积分。适用需求包括 6DOF 运动方程、质量矩阵与刚度矩阵、频域谱密度与响应谱、线性系统求解与特征值分析、大数据集数组运算、时间步进与 ODE 求解、滤波加窗与卷积等信号处理任务。资料同时给出不适用情形:需要符号运算时用 SymPy,稀疏矩阵为主时用 SciPy sparse,需要 GPU 加速时用 CuPy 或 JAX,需要分布式计算时用 Dask。
主要能力:数组创建与运算,包括 zeros、ones、eye、arange、linspace、array、随机数组,以及逐元素加减乘、幂、sin、cos、exp、log、sqrt 和均值、标准差、方差、极值等统计操作;矩阵运算,包括矩阵乘法、用 np.linalg.solve 求解刚度方程、行列式、条件数、秩、特征值与特征向量、对称性与正定性判断;6DOF 运动方程,采用 Newmark-Beta 法(beta=0.25、gamma=0.5)求解 [M]{ẍ}+[C]{ẋ}+[K]{x}={F} 并逐步推进加速度、速度、位移;FFT 与频率分析,支持 hann、hamming、blackman 窗,计算单边幅值谱与频率,并可用 SciPy Welch 法计算功率谱密度,由零阶矩 m0 估算有义波高 Hs=4*sqrt(m0);线性代数,包含广义特征值问题求固有频率、周期与振型,以及 LU 分解求解线性系统;数值积分,提供四阶 Runge-Kutta 时间步进与 np.trapz 谱积分。
使用方式:按资料中的 Python 代码调用 NumPy 与 SciPy,构造质量、阻尼、刚度矩阵和力向量,再调用对应函数逐步求解或分析。命令与代码保持原样,示例中包含 import numpy as np、from scipy import signal、from scipy.linalg import lu 等导入语句。
适用场景:FPSO 等浮体 6DOF 时域运动仿真、波浪时程频谱分析与峰值周期识别、结构固有频率与模态分析、谱积分求有义波高、线性系统与矩阵性质分析。
限制:资料未提供安装方式、版本要求、收费或价格信息,也未说明运行平台与性能指标;示例中部分参数为简化设定,实际工程需自行校核。