基于非线性有限元法的二维水下拖缆研究

水下拖缆研究是拖曳系统设计和使用的基础。由于受到水流力的作用,水下缆索呈现复杂的特性。本文首先推导了水下拖曳缆索的静力悬链线方程,将其结果作为非线性有限元方法的初始值;接着采用二节点等参索单元建立基于完全拉格朗日表述的增量平衡方程并使用牛顿-拉谱逊迭代法求解该方程;最后,采用Matlab编程,研究了该方法的收敛性及拖缆在重力、浮力和水流力作用下的形态与张力分布,得到了不同航速条件下缆索的形态及缆索张力的一些分布规律。     

水下拖曳缆索二维几何形态的研究

对拖缆二维几何形态的研究,是拖曳线几何形态研究中的基础部分。本文考虑了重力、浮力、流体拖曳力对拖缆几何形态的影响,并假设拖曳线和拖体在同一个平面内运动,由此依次讨论了一般拖缆的二维几何形态、等浮力缆索二维几何形态,并通过龙格-库塔法,用Matlab给出这2种情况下缆索的几何形态图。对拖缆的二维几何形态图线的分析可得知,拖缆的张力只与沉深有关,且随着沉深的增加而减小。这些结论有助于今后对拖缆拖曳中几何形态的研究。     

脐带缆对水下航行器动态响应的影响评估研究

为准确预测水下带缆航行器的运动状态,需先对连接于航行器尾部的缆索的运动形态进行预测并建立模型,以评估其对航行器运动的影响。本文提出一种数值方法,用于评估脐带缆索对水下航行器运动的影响,与实际结果进行对比分析后可知,该数值方法误差小,可以作为反馈控制器用以补偿脐带缆索对航行器运动的影响。这对于自动驾驶仪进行系泊作业具有重要的意义。本文重点研究水下航行器直航时张力的变化情况,结果表明拖点处缆索张力随着拖曳时间增长而增大,且近似于线性增加。由这一结果可以得出,在航行器直航时,缆索拖点处最大张力会限制航行器的直航距离或下沉深度。这一结论可用于指导直航时航行器作业距离。     

三维缆索形态计算平台的开发与应用

基于缆索的三维匀速场计算模型,通过Matlab GUI技术开发出缆索形态的求解平台,对水下拖曳体的初值问题进行求解,并分别探讨有无海流及缆索轴向弹性对计算的影响。     

基于集中质量法的水下拖曳缆索动力响应分析

以水下拖曳缆索系统为研究对象,建立拖曳缆索的集中质量模型,推导了水下拖曳缆索的动力学方程。采用四阶Runge-Kutta数值积分算法,对水下缆索进行非线性动力响应分析。编制了相应的计算机程序,模拟拖曳缆索系统在匀速直航、横向运动、升沉运动、回转运动条件下,缆索的运动姿态及受力情况。数值分析结果与实验对比表明,集中质量模型对缆索在各种边界条件下的运动激励均有较好的适应性。相比基于有限差分法的数值结果,集中质量模型与实验结果吻合更好。     

ROV 同步航行水下缆索运动仿真

结合实际工程应用,采用有限段法对水下某ROV同步航行过程中的缆索进行了动力学分析.首先通过多体动力分析平台实现了缆索的快速参数化建模,其次运用联合仿真技术对同步航行过程进行了大量的仿真计算,计算结果能基本反映同步航行的真实情况,得到了同步航行情况下缆索在水下的形状及拉力分布等重点关注的信息,可以为优化绞车控制系统、优化母船机动方案提供重要参考.     

拖船操纵运动与水下拖曳列阵的耦合运动分析

建立了拖船操纵运动与水下拖曳列阵的三维非线性数学模型,求解了在脐带非线性缆力作用下的运动方程,模拟了拖曳系统在几种典型状态下其缆索的形态变化,以及列阵张力变化。     

深水欠驱动自主水下航行器分布式控制方法

针对传统CAN总线控制方法在欠驱动状态下,出现的控制指令响应速度慢、欠驱动状态下控制指令下达滞后等问题。提出深水欠驱动自主水下航行器分布式控制方法,在传统CAN总线控制方法的基础上建立欠驱动信号指令识别单元与分布式控制指令识别传输单元,实现分布式控制的效果。通过对比实验证明:提出的深水欠驱动自主水下航行器分布式控制方法,能够准确识别航行器的欠驱动状态,并通过分布式控制指令传输方式,完成对欠驱动状态下航行器的稳定、准确控制。     

基于LQG/LTR的水下航行器多变量鲁棒控制

基于LQG/LTR方法对水下航行器进行多变量鲁棒控制设计,解决在模型不确定及受到随机干扰情况下水下航行器的控制设计问题,使得水下航行器控制系统具有良好的鲁棒性和动态品质.对水下航行器非线性动力学模型进行仿真实验,仿真结果验证了该方法的有效性和可行性.     

系泊、拖曳、潜器脐带缆统一参数分析法

提出了一种能统一处理系泊、拖曳、脐带缆静态构形和张力计算的参数分析法.缆索为三维,受载为流体力和多点载荷扰动,不计水面波浪动态激励以及流速的变化,并用三参数函数导出一个半解析公式.只要提供不同种类的边界条件就可进行数值求解,从而统一解决了实际海洋缆索静态缆力、缆形计算,可用于初步设计阶段理解各参数之间的相互影响以及每个参数的作用.