深水鋪管起重船作業(yè)實(shí)時(shí)動(dòng)力學(xué)仿真研究.pdf

1、深水鋪管起重船作業(yè)視景仿真系統(tǒng)是以深水鋪管起重船為基礎(chǔ),基于理論模型和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)而建,可以起到人員操作培訓(xùn)、工程過程演練等作用。為了創(chuàng)建逼真的鋪管起重作業(yè)虛擬訓(xùn)練環(huán)境,根據(jù)深水鋪管起重船作業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn),研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、半實(shí)物操縱以及仿真軟件體系結(jié)構(gòu),采用高層體系結(jié)構(gòu)的聯(lián)邦仿真思想,設(shè)計(jì)了分布交互式深水鋪管起重船作業(yè)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。
　　對(duì)于起重作業(yè)仿真系統(tǒng),根據(jù)實(shí)際海上起重作業(yè)過程特點(diǎn),綜合考慮海情、海況、動(dòng)力定位

2、、實(shí)時(shí)操縱以及壓載調(diào)整等多種因素對(duì)起重作業(yè)的影響,構(gòu)建了多通道數(shù)據(jù)交流數(shù)學(xué)模型。在構(gòu)建吊物系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型時(shí),根據(jù)全回轉(zhuǎn)起重船吊物系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn),將吊物運(yùn)動(dòng)分解成相互獨(dú)立的吊物擺動(dòng)和吊索波動(dòng);針對(duì)吊索波動(dòng),采用弦振動(dòng)理論構(gòu)建了混合初始邊界條件下確保存在唯一性的柔索波動(dòng)數(shù)學(xué)模型,并利用無條件穩(wěn)定的隱式差分法解決了波動(dòng)方程數(shù)值解的穩(wěn)定性問題;針對(duì)吊物擺動(dòng),采用動(dòng)力學(xué)原理及阻尼理論,構(gòu)建了吊物擺動(dòng)數(shù)學(xué)模型,并采用布里斯近似積分法求解了其非線性耦

3、合2階微分方程,有效地解決了實(shí)時(shí)計(jì)算時(shí)的累積誤差和計(jì)算速度滯后現(xiàn)象;利用疊加原理獲得了起重作業(yè)視景仿真所需相關(guān)數(shù)據(jù)。
　　對(duì)于鋪管作業(yè)仿真系統(tǒng),為了預(yù)測(cè)S型海底管道鋪管船在鋪管作業(yè)過程中的管道鋪設(shè)形態(tài)、張緊器張力、管道軸向應(yīng)力等參數(shù),融合海底管線力學(xué)及歐拉-伯努利梁理論,建立了常值海流作用下的管線形態(tài)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)了張緊器的張力預(yù)測(cè)公式,開發(fā)了S型鋪管形態(tài)的靜態(tài)計(jì)算軟件;為了計(jì)算懸空段傾斜管道在波浪中的自由振蕩運(yùn)動(dòng),利用獨(dú)立流

4、場(chǎng)模型的Morison方程修正公式及伯努利-歐拉線性動(dòng)力梁-纜方程的一般形式,推導(dǎo)了海浪作用下的管線-纜索振蕩數(shù)學(xué)模型,并采用有限差分法實(shí)時(shí)解算了其管線-纜索振蕩4階偏微分方程組;為了提高鋪管作業(yè)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)算的穩(wěn)定性、收斂性及準(zhǔn)確性,采用靜態(tài)數(shù)學(xué)模型計(jì)算了海流載荷引起的管線運(yùn)動(dòng)的靜態(tài)分量,采用動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型計(jì)算了船體運(yùn)動(dòng)及波浪載荷引起的管線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)分量,利用疊加原理獲得了鋪管作業(yè)實(shí)時(shí)仿真所需相關(guān)數(shù)據(jù)。
　　仿真結(jié)果表明,工程技