拖曳系统变速拖曳的振动响应

在对拖曳系统数值计算模型进行验证的基础上,采用自动时间分辨率调整算法对拖曳系统受到冲击作用形成的振动响应进行计算。分析拖曳系统的缆长、重力、拖曳速度和加速时长的变化对2个张力振荡时段的影响。结果显示:加速过程中拖曳缆内的张力在短时振荡之后缓慢减小,拖曳系统在获得稳定的动能输入之后呈现出良好的线性行为;终止阶段存在张力陡降段的滞后现象,冲击张力显著大于起始阶段的振荡;若拖曳体质量增大,则振荡冲击作用显示的峰值增大,振荡持续的时间不发生变化,加速终止阶段的峰值减小。加速时段越短,2个阶段的冲击作用越显著;加速时间越长,张力振荡的时段越长。放缆长度增大,弹性效应增大,拖曳系统的冲击效应显著增大。     

受冲击海上桥梁的非线性动力响应特征数值模拟

在受冲击海上桥梁的非线性动力响应特征数值模拟中,使用传统动力响应特征数值模拟方法模拟的准确度较低,因此提出一种受冲击海上桥梁的非线性动力响应特征数值模拟方法,利用有限元模型对海上桥梁进行基础非线性动力响应分析,通过自由度方程组建立动力响应特征数值模拟模型,结合等分能量法实现动力响应特征数值模拟,为了验证该方法的模拟准确度,利用该方法与传统动力响应特征数值模拟方法同时进行桥梁的非线性动力响应特征数值模拟,其模拟准确度分别为92.4%,72.3%,65.4%,69.1%,通过对比实验可知该方法的模拟准确度最高,验证了该方法的优越性。     

海洋拖曳系统的船/缆/体耦合模型研究

为进一步提高海洋拖曳系统在不同情况下运动响应的预测精度,将拖曳母船、拖缆和拖曳体三者视为一个相互作用的整体,利用其耦合边界条件,将拖缆顶端和底端的张力及其产生的力矩,分别与船舶操纵性运动方程(MMG模型)和拖体六自由度运动方程相结合,利用拖缆的有限差分方程,建立了船/缆/体三者耦合模型,进而采用数值计算方法,对比分析了该模型与常规算法。结果表明,该模型考虑船/缆/体三者的耦合影响,可更加准确全面地反映拖曳母船的速度、旋回半径、横摇角等操纵性特征以及拖曳体的深度、姿态等信息所受到的影响,从而为准确预报海洋拖曳系统的运动响应提供更为直观、科学的理论依据。     

不同Munk矩系数作用下海洋拖曳系统水动力响应分析

海洋拖曳系统在海洋开发过程中具有重要作用。文章参考某海域下的环境参数,应用大型水动力分析软件Orca Flex建立了拖船匀速回转过程中拖曳系统的动态模拟。通过改变不同的Munk矩系数,实现了不同Munk矩作用下拖缆张力和拖体水下形态的实时响应,得到了不同Munk矩系数对张力变化的影响,为拖曳系统中缆的选择提供了依据。     

带缆水下机器人控制仿真模拟与水动力分析

本文以Fluent多重滑移网格技术对带缆水下机器人系统进行路径跟踪的仿真计算,将收放缆反馈控制与PID算法调节螺旋桨转速的双重控制策略应用于带缆水下机器人系统,并对带缆水下机器人系统升沉运动的控制误差、螺旋桨推力与转速之间的关系、缆绳系统的张力特性以及水下机器人的水动力响应做了分析。文中数值模拟结果表明,双重控制策略下,带缆水下机器人路径跟踪的控制运动较为精确,其升沉运动位移最大误差约为0.2 m;螺旋桨的转速与推力呈正相关性,转速越大,推力也越大;水下机器人沿预定轨迹运动过程中,缆绳系统张力呈现周期性震荡的变化规律,机器人主体受到的水动力荷载与多种因素相关。     

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。     

双船拖曳系统运动响应研究

对双船拖曳系统的动力学运动特性和受力特性进行研究.通过建立含有阻尼模型的凝集参数方法,求解双船拖曳缆系统的动力学计算模型;将比例阻尼模型加入该动力学模型中,对放缆长度、拖曳速度、双船间距和船舶在波浪中的运动响应等进行计算对比分析,并根据所得结果验证该模型的有效性.通过对具有显著阻尼的双船宽面拖曳系统进行运动学响应计算,...     

基于RBF神经网络的人工海床多目标优化

以人工海床（AS）为研究对象，针对传统设计方法存在周期长、成本高以及难以解决复杂系统工程优化设计等问题，提出一种AS多目标优化策略。推导AS质量和稳心高的计算公式，建立一种基于径向基函数（RBF）神经网络的近似模型，代替通过数值模拟计算的拖曳力。结合NSGA-Ⅱ算法，以AS拖曳力、质量和稳心高为优化目标，以主尺度为设计变量，以结构强度和关键性能指标为约束条件，得到AS优化方案。结果表明：在满足预测精度条件下，RBF神经网络提高了计算效率。优化后AS的质量，最大减幅达17.0%，同时水动力性能和稳性性能较优化前均有提高。通过对AS优化结果的分析，验证了AS多目标优化策略的可行性。     

带缆遥控水下机器人水动力数学模型及其回转运动分析

提出了一种新型的带缆水下机器人系统三维水动力数学模型。在该模型中脐带缆的控制方程由脐带缆任一微段中的力的平衡条件导出,在此基础上以该脐带缆的控制方程为核心,通过引入脐带缆与水下机器人连接点的边界条件而建立起整个系统的三维水动力学数学模型。数值模拟中作用在机器人主体上的水动力载荷和旋转导管螺旋桨的控制力在考虑了它们之间的相互影响基础上以计算流体力学方法求出。该模型的主要特点是克服了现有的带缆水下机器人系统水动力数学模型将系统各组成部分割裂处理、缺乏从系统整体理论框架中去观察脐带缆、水下机器人主体和螺旋桨推进器水动力特征的缺陷,从一种综合、整体的观点去观察分析带缆遥控水下机器人的动力状态。水下机器人在导管螺旋桨作用下回转运动的数值模拟结果表明,利用所建立的数学模型可以对带缆水下机器人水动力状态进行有效的数值模拟。     

风载作用下综合集成桅杆动态特性实验研究

综合集成桅杆采用复合材料层合板制造,在风载下的动力性能相比传统桅杆有很大改变.通过水池拖曳实验模拟桅杆受风载时的动力特性,测试压力和加速度等动态响应,分析复合材料层合板的力学特性,并与数值计算结果进行对比分析.结果表明:综合集成桅杆在迎风时的动力响应最大;桅杆复合材料层合板的实验值和计算值吻合良好,其应力值和位移值随载荷的增加呈线性变化,桅杆在流体中运动时不会发生共振.     

海洋缆体系统凝集参数法在水下管道维修干式舱设计中的应用

本文采用凝集参数法模拟缆-体结构系统,用时域法对海洋缆体系统的三维动态性能进行了分析,并给出了计算机程序。将此程序应用在水下管道干式压力维修作业舱系统的初步设计中,对其脐带缆在定常流干扰下的动力响应进行分析,计算结果为设计方案的拟定提供了可靠依据。     

拖曳系统回转运动中的冲击特性

应用经典的Ablow动力学模型在数值求解技术上采用自适应分辨方法提高了求解冲击张力的分辨率和数值稳定性。在验证数值模型的基础上,利用数值方法模拟拖曳系统的在完成回转运动的过程中受到的冲击张力,分析冲击张力与回转运动参数和结构参数的关系,归纳了回转运动中拖曳缆受到的冲击张力的规律。     

计及空气介质的水下拖曳系统运动模型及其数值计算

为进一步提高水下拖曳系统运动仿真的准确性,本文建立了计及空气介质的拖曳系统运动模型,并提出了改进的有限差分方法来保证数值计算时的稳定性.仿真和试验表明,考虑空气介质后将进一步改善拖曳张力和缆形的计算精度,以及提高对双拖安全性分析的准确性.     

多浮体耦合的长大过江弯管系统沉放过程动力响应数值仿真分析

过江管道在沉放过程中的动力响应直接影响管道的水下定位、沉放安全性及稳定性等,研究沉放过程中过江管道沉放过程水动力行为具有重要工程价值,可以降低施工风险、提高工程安全可靠性。以南宁市邕江过江管道工程水上施工过程为研究背景,对长大弯曲型管道沉放过程中多个浮体之间的复杂耦合作用、整体沉放系统复杂的动力特性进行了研究。研究应用非线性时域动力分析方法、莫里森水动力理论、水动力多体耦合理论、长大弯管理论等,借助OrcaFlex软件,建立了考虑多体耦合的长大弯曲型过江管道沉放过程水动力数值仿真分析模型。基于数值仿真模型,运用全耦合方法,进行系统时域仿真计算分析,获取了计算工况下沉管过程管道的动力响应和锚索及吊缆的受力时域图像。对影响沉放过程动力表现的关键施工变量,如气囊放气和管道下放的配合、气囊放气时间、吊缆预张力等进行了参数敏感性分析,根据数值模拟结果提出了施工安全性控制技术及施工建议。     

拖船拖钩系统局部强度有限元分析

拖船作为一种工程船舶,主要对没有动力或不宜使用动力的海上设施进行拖曳作业。拖船作业方式按水域可分为港口拖曳和开放水域拖曳,开放水域拖曳又可分为应急拖曳和正常拖曳。拖船在拖曳时拖钩系统承受很大的作用力,因此拖钩系统结构局部强度是拖船设计公司所关注的,然而,通过计算可以发现,拖曳系统下方的甲板纵桁在拖曳过程中具有较高的应力水平,因此对拖船甲板纵桁的合理设计也至关重要。本文对正常拖曳情况下拖船缆柱、缆桩和T型材甲板纵桁进行强度分析,并对响应结构进行结构优化,从而使拖钩系统强度满足规范要求。     

波流联合作用下多分枝拖曳线列阵回转过程的动力学分析

参考某海洋地震多分枝拖曳线列阵具体参数和该拖船的海浪响应幅值算子(RAO),结合该船工作时的具体过程,利用大型水动力分析软件Orca Flex建立了多分枝线列阵回转过程时的动力学分析简化模型,实现了对多分枝拖曳线列阵在回转过程中的动力学分析,得到了波流联合作用下,各个拖缆的张力和曲率沿缆长方向的变化规律及各个缆索拖曳点End A和拖曳缆索拖曳尾端End B的张力值在时域上的变化图像。结合计算结果,给出了多分枝拖曳线列阵在回转过程中的优化设计方案。     

铺缆船与电缆耦合系统动力学分析

提出一种铺缆船与电缆耦合系统动力响应时域分析方法。针对“启帆9”号铺缆船进行了船模阻力试验，得到铺缆船阻力系数，以确定其流载荷。基于势流理论，使用AQWA软件对铺缆船进行频域水动力分析，以确定其波浪载荷。结合上述计算结果，使用动力学分析软件Orca Flex建立了基于海底电缆铺设过程的耦合动力学模型，通过对考虑了环境载荷、系泊载荷和电缆载荷的动力学方程进行求解得到铺缆船动力学响应，将铺缆船运动作为电缆顶端的运动边界条件进行输入。与传统RAO方法相比，该方法充分考虑了铺缆船与电缆间的相互影响，可模拟实际海况中铺缆船施工时电缆的张力和曲率动态响应。分别采用该耦合模型方法和RAO方法计算铺缆船系统的动态响应，结果表明，RAO计算方法低估的电缆张力达9.9%。使用耦合模型方法分别建立八点系泊和四点系泊数值模型，比较了这两种系泊方案下海底电缆的动力响应，结果表明，四点系泊系统的电缆最大张力比八点系泊系统大15.9%，但二者都远小于最大允许张力。     

水下采油树阻力系数试验与数值模拟

为了给来流条件下采油树水动力荷载计算提供基础数据，建立水下采油树数值模型。基于有限体积法，采用商业软件STAR-CCM+，对采油树模型拖曳试验进行数值模拟，计算得到13种拖曳速度条件下采油树纵向、横向和垂向的阻力及阻力系数，并在此基础上提出一种新的水下采油树模型拖曳试验方法，开展了39组拖曳试验，得到13种速度条件下采油树纵向、横向和垂向的阻力及阻力系数。结果表明：阻力和阻力系数的试验数据与数值仿真数据基本保持一致，验证了结果的准确性和可靠性；水下采油树模型各方向阻力随拖曳速度的增加呈二次关系增加，阻力系数随速度的增加基本保持稳定；纵向、横向和垂向的阻力系数平均值约为0.432、0.479和0.446。数值模拟和试验得到的采油树阻力和阻力系数可为采油树水动力荷载计算提供关键基础数据。     

水下拖曳系统水动力特性的计算流体力学分析

提出了一种新型的水下拖曳系统三维水动力数学模型。在该模型中拖曳缆绳的控制方程由Ablow andSchechter模型给出,Gertler and Hargen的水下运载体六自由度运动方程被用来描述拖曳体的水动力状态。通过对拖曳缆绳和拖曳体的控制方程在连接点处进行边界条件耦合,从而构成整个拖曳系统的水动力数学模型。在研究中,拖曳系统的水动力数学模型通过时间与空间的中心差分方程来逼近,每一时刻拖曳体所受的水动力通过求解Navier-Stokes方程得到。所提出的模型特别适用于拖曳体为非回转体、非流线型的主体,或必须考虑拖曳体各组成部分的水动力相互影响的情况。计算结果与相应的实验室样机试验结果的比较表明,所提出的模型可以有效地预报拖曳系统的水动力特性。利用所提出的水动力模型,对华南理工大学提出的自主稳定可控制水下拖曳体在实际海况下的数值模拟结果显示,所分析的拖曳体具有良好的运动与姿态稳定性,是一种值得开发研究的新型水下拖曳体。     

基于Vega Prime的ROV柔性脐带缆动态模拟

模拟柔性脐带缆在深海作业环境中的动态形态变化是构建遥控潜器（ROV）作业视景仿真系统的重点和难点之一。由于柔性脐带缆在海流作用下受力情况复杂、运动形态多变,利用现有成熟的视景仿真软件难以做到逼真模拟。采用凝聚参数法建立柔性脐带缆的模型、运动方程及变长度算法并进行仿真求解,结合所得数值解,利用OpenGL语言和纹理映射技术动态绘制柔性脐带缆三维模型,并将柔性脐带缆动态模型与在Vega Prime平台建立的ROV主体进行衔接,获得了逼真的柔性脐带缆跟随ROV运动的动态模拟效果。