深水鋪管起重船作業(yè)實時動力學仿真研究.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,基于理論模型和實測數(shù)據而建,可以起到人員操作培訓、工程過程演練等作用。為了創(chuàng)建逼真的鋪管起重作業(yè)虛擬訓練環(huán)境,根據深水鋪管起重船作業(yè)系統(tǒng)的運行特點,研究虛擬現(xiàn)實技術、通信網絡技術、半實物操縱以及仿真軟件體系結構,采用高層體系結構的聯(lián)邦仿真思想,設計了分布交互式深水鋪管起重船作業(yè)實時仿真系統(tǒng)。
　　對于起重作業(yè)仿真系統(tǒng),根據實際海上起重作業(yè)過程特點,綜合考慮海情、海況、動力定位

2、、實時操縱以及壓載調整等多種因素對起重作業(yè)的影響,構建了多通道數(shù)據交流數(shù)學模型。在構建吊物系統(tǒng)的數(shù)學模型時,根據全回轉起重船吊物系統(tǒng)的運行特點,將吊物運動分解成相互獨立的吊物擺動和吊索波動;針對吊索波動,采用弦振動理論構建了混合初始邊界條件下確保存在唯一性的柔索波動數(shù)學模型,并利用無條件穩(wěn)定的隱式差分法解決了波動方程數(shù)值解的穩(wěn)定性問題;針對吊物擺動,采用動力學原理及阻尼理論,構建了吊物擺動數(shù)學模型,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,有效地解決了實時計算時的累積誤差和計算速度滯后現(xiàn)象;利用疊加原理獲得了起重作業(yè)視景仿真所需相關數(shù)據。
　　對于鋪管作業(yè)仿真系統(tǒng),為了預測S型海底管道鋪管船在鋪管作業(yè)過程中的管道鋪設形態(tài)、張緊器張力、管道軸向應力等參數(shù),融合海底管線力學及歐拉-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)學模型,推導了張緊器的張力預測公式,開發(fā)了S型鋪管形態(tài)的靜態(tài)計算軟件;為了計算懸空段傾斜管道在波浪中的自由振蕩運動,利用獨立流

4、場模型的Morison方程修正公式及伯努利-歐拉線性動力梁-纜方程的一般形式,推導了海浪作用下的管線-纜索振蕩數(shù)學模型,并采用有限差分法實時解算了其管線-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)實時運算的穩(wěn)定性、收斂性及準確性,采用靜態(tài)數(shù)學模型計算了海流載荷引起的管線運動的靜態(tài)分量,采用動態(tài)數(shù)學模型計算了船體運動及波浪載荷引起的管線運動的動態(tài)分量,利用疊加原理獲得了鋪管作業(yè)實時仿真所需相關數(shù)據。
　　仿真結果表明,工程技