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深水铺管起重船起重作业模拟系统方案设计

作　者: 昝英飞
导　师: 韩端锋
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 起重作业 数学模型 视景仿真 训练管理
分类号: U674.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 46次
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内容摘要


深水铺管起重船在海洋工程中具有着十分广泛的用途,随着起重设备、工作环境等复杂化,对操作人员提出了更高的要求。因此,开展深水铺管起重船起重作业模拟系统的研究具有重要的实际工程价值。本文针对“海洋石油201船”起重机的工作特点,利用虚拟现实技术对其起重作业模拟系统进行了方案设计。主要研究工作如下：(1)利用齐次变换矩阵,推导起重吊各组成部件在空间的位置和姿态以及相互之间的空间关系；并通过对起重船吊物系统的运动与动力分析,给出吊物摆动角的非线性方程组与吊物的运动方程组和起重作业时吊绳的动张力；(2)依据船舶运动的动力学基本原理,采用分离建模(MMG)思想将作用于船体的外力分离后,分别对风、浪、流等外力进行计算。在起重作业时基于动力定位系统(DPS)与动态压载水调节的情况下,建立船舶起重作业六个自由度数学模型,用于起重作业模拟系统；(3)利用虚拟现实技术研究,进行深水铺管起重船起重作业模拟系统的框架开发,将起重模拟系统进行模块划分成运动仿真系统,视景仿真系统,起重控制系统,训练管理系统,并确定各分系统的功能、交互关系及各分系统的关键技术的实现方法,进而模拟并反映深水铺管起重船在海上起重作业实时仿真。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 论文的研究目的与意义  9-10
  1.2 国内外发展现状及趋势  10-13
    1.2.1 起重吊物系统研究现状  10-11
    1.2.2 船舶模拟系统发展现状及趋势  11-13
  1.3 虚拟现实技术概述  13
  1.4 论文的主要工作  13-15
第2章 吊物系统的运动与动力分析  15-23
  2.1 概述  15
  2.2 运动模型建立的前提基础  15-17
    2.2.1 固定坐标系与运动坐标系  15-16
    2.2.2 齐次坐标与齐次变换  16-17
  2.3 吊物的运动分析  17-19
  2.4 吊物的动力分析  19-21
    2.4.1 吊物摆动方程的建立  19-20
    2.4.2 面内角与面外角表达  20-21
    2.4.3 吊物的动力方程  21
  2.5 本章小结  21-23
第3章 船舶运动数学模型的建立  23-49
  3.1 概述  23
  3.2 空间运动方程  23-26
  3.3 船舶外力分析  26-27
  3.4 流体动力分析  27-35
    3.4.1 惯性类水动力  27-29
    3.4.2 粘性类水动力  29-32
    3.4.3 流体动力表达  32-35
  3.5 载荷计算  35
  3.6 流载荷计算  35-36
  3.7 波浪力计算  36-39
    3.7.1 不规则波主干扰力  36-38
    3.7.2 不规则波漂移力  38-39
  3.8 动力定位数学模型  39-46
    3.8.1 动力定位简介  39-41
    3.8.2 推力分配  41-45
    3.8.3 推力计算  45-46
  3.9 压载水调整数学模型  46-47
    3.9.1 预调载  46
    3.9.2 动态调载  46-47
  3.10 本章小结  47-49
第4章 起重作业模拟系统开发  49-80
  4.1 仿真框架搭建  49-50
  4.2 运动仿真系统  50-52
    4.2.1 概述  50-51
    4.2.2 数值解法  51
    4.2.3 数据传输方法  51-52
  4.3 视景仿真系统  52-70
    4.3.1 概述  52-53
    4.3.2 三维模型数据库建立  53-63
    4.3.3 视景仿真驱动软件开发  63-70
  4.4 起重控制系统  70-72
    4.4.1 虚拟操纵的主要方法  70-71
    4.4.2 键盘虚拟映射  71-72
  4.5 训练管理系统  72-79
    4.5.1 训练管理系统系统界面开发的主要工具  72-73
    4.5.2 训练管理系统界面设计的原则  73
    4.5.3 训练管理系统任务规划  73-78
    4.5.4 训练管理系统与其它系统的通信实现  78-79
  4.6 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-85
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  85-86
致谢  86

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 各种船舶 > 工程船 > 起重船、举升船
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