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单点系泊系统的动力学研究

作 者: 王磊
导 师: 常宗瑜
学 校: 中国海洋大学
专 业: 机械电子工程
关键词: 单点系泊系统 集中质量法 动力学响应 时域
分类号: P75
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 216次
引 用: 1次
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内容摘要


单点系泊系统是海洋工程、海洋观测、海洋养殖等领域最常用的定位方式之一。由于单点系泊系统具有结构简单,方向性好、成本低等特点,其应用领域十分广泛。本文建立了单点系泊系统的动力学模型,分析了在海洋环境下系泊系统从投放使用到工作过程中的动力学响应和所受载荷,为深入理解系泊系统的动力学机理,预报系泊系统的动态性能,保证系统的完整性和可靠性提供了理论依据。本文采用基于集中质量的多边形近似法研究了单点系泊系统的静力学问题。基于系泊系统的离散模型,采用迭代的方法求得各节点的稳态位置及各段缆索受到的张力,获取了系统的工作姿态及缆索张力分布情况。建立了布放过程中的单点系泊系统非线性动力学模型,基于集中质量—弹簧模型,考虑缆索的弹性变形和各部分流体水动力作用,模拟了系泊系统的布放过程,在时域内计算了该过程系统的姿态、运动和受力情况,探讨了不同参数对布放响应的影响。研究了系泊系统在波浪激励下工作的动力学响应,并基于动力学模型对浮标系统静态姿态进行了计算。本文在静力学及动力学分析和计算的基础上,开发了单点系泊系统动力学分析软件。该软件通过友好的用户界面输入系泊系统参数,通过调用计算程序,直观地显示系泊系统姿态、运动、受力曲线以及实现系统工作过程的动画模拟。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-15
  1.1 引言  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
  1.3 本文的主要研究内容  14-15
2 单点系泊系统的静力学分析  15-29
  2.1 基于集中质量的多边形近似法  15-16
  2.2 静力学模型的受力分析  16-21
    2.2.1 浮标受力分析  17-18
    2.2.2 缆索受力分析  18-19
    2.2.3 锚的受力分析  19-21
  2.3 静力学模型的姿态计算  21-24
  2.4 实例分析  24-29
3 单点系泊系统的动力学分析  29-57
  3.1 动力学建模  29-36
    3.1.1 坐标系  29-30
    3.1.2 受力分析  30-35
      3.1.2.1 重力及浮力  30
      3.1.2.2 水动力阻力  30-31
      3.1.2.3 惯性力  31
      3.1.2.4 缆索张力  31-34
      3.1.2.5 边界条件  34-35
    3.1.3 动力学方程的建立  35-36
  3.2 单点系泊系统布放过程的动力学仿真  36-50
    3.2.1 浮标先行投放法  36-37
    3.2.2 定义坐标系原点及初始坐标  37-38
    3.2.3 简化节点的集中质量法  38-44
    3.2.4 细化节点的集中质量法  44-48
    3.2.5 参数影响  48-50
  3.3 波浪激励下单点系泊系统的动力学响应  50-55
  3.4 基于动力学模型的浮标系统静态姿态计算  55-57
4 单点系泊系统分析软件的开发  57-63
  4.1 系泊系统分析软件概述  57
  4.2 软件开发及使用说明  57-63
5 结论与展望  63-64
  5.1 本文总结  63
  5.2 工作展望  63-64
参考文献  64-68
致谢  68-69
个人简历  69
硕士期间发表论文情况  69

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 海洋学 > 海洋工程
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