基于受力分析的系泊系统优化模型

为设计不同环境下的系泊系统,该文对2016年全国大学生数学建模竞赛A题中给出的系泊系统进行研究。对给定的系泊系统,建立姿态模型,得到了不同环境下系泊系统的姿态。当给定的系泊系统不满足工作要求时,建立重物球质量的单目标优化模型,确定了合适的重物球质量,从而调整系泊系统使之满足工作要求。在系泊系统的锚链型号、长度、重物球质量均不确定时,建立多目标优化模型,设计出了在给定环境下满足工作要求的最优设计方案。     

FPSO系泊系统设计初步研究

对30万吨FPSO深水系泊系统的设计进行了研究,其中系泊缆为超高分子量聚乙烯纤维绳缆。首先,建立30万吨FPSO模型,分析其水动力性能;然后,选择3×3分组系泊系统,在以上水动力分析的基础上,对系泊系统进行了静力和动力分析,给出了系泊绳缆承受的最大张力;最后,由规范确定绳缆的破断张力。     

三维空间下系泊系统的优化设计

系泊系统是近浅海观测网的重要组成部分,如何设计最优的系泊系统从而促进信号的传播具有重要的意义。在三维空间坐标系下,首先对近海水声通讯系统传输节点的系泊系统进行受力分析,得到了系统中各组成部分之间相互的受力关系;其次建立基于多目标规划的系泊系统设计模型,并以系泊系统在海上为例进行实证研究,验证该设计模型的可操作性、有效性;最后运用MATLAB对其进行迭代求解,最终得到不同型号的锚链的最优锚泊系统设计方案。     

系泊系统在不同海况下的适应性分析与设计

近海观测网的传输节点由浮标系统、系泊系统和水声通讯系统组成,其中系泊系统对设备的水声通讯能力影响显著.本文巧妙地利用静力学知识对系泊系统的各个组成部分进行受力分析,大大改进了已有的悬链线方程,从而可以更精准地刻画锚链形状,并在此基础上,建立了受风力、水流力以及水深影响的系泊系统优化设计模型,最后列举实例进行数值模拟分析.     

系泊系统的优化设计模型

该文考察了传输节点在不同布放环境下系泊系统的设计问题。通过对传输节点各个组成部件的机理分析,以力平衡与力矩平衡方程组为基础建立了目标优化模型,给出了系泊系统的设计方案,同时设计了二次搜索算法求解模型。为进一步优化设计方案,调节传输节点中重物球质量,给出了改进思路,并利用所建模型对特定环境下的系泊系统进行了设计,验证了模型的可行性。     

三维空间下的近海水声通讯系统传输节点的系泊系统设计

近海水声通讯系统由多个传输节点组成,每个传输节点由浮标系统、系泊系统和水声通讯系统组成,其系泊系统对水声通讯信号具有显著影响。在三维空间下,对近海水声通讯系统传输节点的系泊系统进行受力分析,得到了系统中各组成部分之间相互的受力关系,接着引入悬链线方程来刻画锚链的受力情况,并运用迭代思想及物体之间的几何关系,利用MATLAB与LINGO专业软件,建立了关于风力、水流力以及水深的系泊系统设计模型。     

基于改进BP神经网络的制冷剂状态参数计算模型

针对梯度下降法所存在的主要问题,采用Levenberg-Marquardt优化方法,对BP神经网络进行了改进,在大样本输入下获得了更快的网络收敛速度和更高的逼近精度;建立了基于改进BP神经网络的制冷剂状态参数计算模型,较好地克服了现有的制冷空调装置仿真系统中制冷剂热物性模型的主要缺点;应用所建立的BP神经网络算模型对制冷剂R134a的热力状态参数进行了计算分析,证明了所建立的模型的可靠性.     

气动荷载对浮式风机系泊疲劳寿命的影响分析

利用仿真软件FAST和OrcaFlex建立了风机-浮式平台-系泊系统在时域上的耦合分析模型,结合Miner线性损伤累积理论、雨流计算法和系泊T-N曲线,分析了浮式风机的系泊系统在不同气动模型和代表性工况下的疲劳问题,研究了气动荷载和风场湍流强度对系泊疲劳寿命的影响.结果表明:气动荷载会大幅缩短系泊的疲劳寿命,考虑湍流气动荷载时的系泊疲劳寿命仅为不考虑其影响时的1/5,故在系泊疲劳分析中应合理选择湍流风模型;当海况风速接近风机额定风速时,气动荷载会显著增大平台水平位移,导致系泊张力大幅增大,加速系泊疲劳损伤,缩短系泊疲劳寿命;平台的侧移响应会增大平台的侧倾响应,从而加速系泊的疲劳.     

锚链动态效应对海上浮式风力机整体系统动响应的影响

建立了海上浮式风力机包括弹性叶片、塔架以及SPAR浮体和悬链线式系泊线的整体系统动力模型,并基于改进的三维动态悬链线理论和有限元进行了5MW大型风力机的动响应数值模拟和分析;与以往的准静态方法和简化模型不同,本文考虑了系泊系统的动态特性(例如惯性力和阻尼力)、以及大尺寸柔性部件叶片、塔架等的弹性动力,分析了在波浪载荷下的风力机系统动响应.给出了悬链线式系泊线上的惯性载荷与黏性水动阻力等动态效应对系泊张力及其运动特性的影响,通过与仅考虑静态回复力的准静态法结果对比,分析了系泊系统动态特性对风力机结构响应的影响.我们的数值结果表明:考虑系泊线的动态特性,其动张力会明显增大,系泊线松弛-张紧的冲击张力幅值差可达到准静态值的10倍以上.当波浪频率远高于系统频率时,系泊系统的动态效应会加速结构瞬态项的衰减,而波浪频率与系统频率接近时,系泊系统的动态特性能明显降低浮体的响应位移,幅值降低约20%.     

非线弹性系泊缆系泊性能

针对材料特性为非线性的纤维缆,使用有限元法建立了非线弹性缆索方程的数值模型.在不同水深情况下,针对不同材料的4点系泊系统,通过分析比较浮体最大允许位移内各系泊系统的位移-回复力关系,以及缆索上端点水平张力占总张力的比重,得到使用轻质纤维缆的张紧系泊系统在深水环境下较其他形式的系泊系统具有优势.对材料特性为非线弹性的聚酯纤维缆计算缆上端点的张力,材料特性使用线性的应力应变关系拟合非线性特性,其结果与采用非弹线性模型的相应结果进行对比,发现线性化的拟合计算不能真实反映缆索内的实际张力情况,说明了使用非线弹性模型的必要性.以一Spar的系泊系统为例,分析了3种轻质纤维缆的动力特性差异,发现使用聚酯纤维能得到更好的系泊性能.     

风、浪、流联合作用下系统系泊力的时域计算方法

为解决海洋工程中系泊系统在风、浪、流联合作用下系泊力的计算问题 ,在时域内建立了一种计算防风水鼓系泊系统系泊力的方法。在分析波浪荷载时 ,使用了设计波法和非线性 Stokes五阶波 ,并由经验公式求出了船舶的风、流作用力。由准静态方法计算了初始条件后 ,在忽略了锚链和水鼓动态效应对船舶运动的影响的条件下 ,求解了系泊力和船舶的运动时历。再由二维集中质量法建立了锚链和水鼓的数学模型 ,用 Houbolt方法求解了锚链和水鼓的运动方程 ,并对系泊力进行了修正。模拟计算结果与经验公式计算结果吻合较好 ,且模拟计算的时域特征表现突出 ,建立的时域计算方法可用于防风水鼓系泊系统的系泊力计算     

系泊系统的多目标优化模型

针对海上浮标系泊系统,基于机理分析和力学分析得到了给定锚链型号与链长、重物球质量、海域环境(风流与海流)等系统参数下,对于声纳钢桶倾角的影响规律。在此基础上对系统各个部分进行了受力分析,并由此建立静力学平衡方程。以理论水深与实际水深的差值为优化目标,以静力学平衡方程为约束条件建立了优化模型;调节重物球,建立以重物球质量、浮标的吃水深度、游动区域半径及钢桶的倾斜角度尽可能小为优化目标,以钢桶倾角、锚链与海床的夹角要求以及静力学平衡方程为约束条件建立了多目标优化模型。在给定的实际环境参数条件下,对系泊系统进行了计算设计。     

基于定位锚和水鼓的救捞船混合多点系泊系统定位能力

为提高救捞能力,建立基于水鼓和定位锚的混合多点系泊系统模型,论述该模型的计算流程,通过VB开发计算程序,并对现役救捞船采用定位锚和水鼓的混合多点系泊系统的定位能力进行研究,可为实际救捞作业场布置方案设计提供技术依据和手段.     

系泊系统的设计

本文是对2016年全国大学生数学建模竞赛A题的解答,通过建立单点系泊系统二维静力学模型和三维静力学模型,求解出不同风速,水流力,水深和锚链规格情况下系泊系统的钢桶和各节钢管的倾斜角度,锚链形状,浮标的吃水深度和游动区域.在问题一中,对系泊系统中各部件作受力分析,建立单点系泊系统二维静力学模型,使用迭代法得到各节锚链坐标,画出锚链形状.问题二中,使用问题一中模型,分析可得风速为36 m/s时,因为重物球重量偏小,导致设备工作效果较差,所以使用二次拟合的方法得到合适的最小重物球重量.问题三中,建立单点三维系泊系统静力学模型,通过控制变量法,研究不同型号锚链的影响.     

深水网箱的单锚腿系泊系统动力特性分析研究

随着网箱养殖的快速并且向深远海发展,传统的辐射式多点系泊方式的应用受到限制。论文在软钢臂的特点上设计出一种适用于网箱系泊的单锚腿系泊系统,依据三维势流理论得到浮筒的水动力系数为基础,求解了系泊系统的刚度,完成了海域实测与数据验证;其次,在时域范围内建立了系泊系统与网箱的动力分析模型,计算了极端海况、多组合情况下锚泊线顶端激励、浮筒与底部重量的运动响应,并对相互间影响关系进行了分析。研究结果对养殖网箱新型系泊系统的设计提供了一种思路。     

混沌优化在船舶码头系泊缆绳张力计算中的应用(英文)

系泊船舶缆绳张力的模型实验研究和理论计算对于缆绳的选取、系泊设备的设计、系泊方式及预紧力的确定,以及船级社规范的制订都有着重要的指导意义. 国内对码头系泊的研究相对较少,且主要依赖于模型实验. 文中对小波浪水域码头系泊船舶缆绳张力的计算建立了数学模型,并用混沌优化的方法对非线性系泊方程组进行了求解,其结果与实验结果对比有较好的一致性.     

基于模矢搜索的船舶系泊评价函数

分析了大型船舶系泊时受力情况,建立了船舶系泊时环境力、缆绳和护舷的受力计算数学模型.根据系泊船舶的受力分析,建立了船舶系泊评价函数,利用模矢搜索法优化求解了船舶系泊评价函数,为船舶系泊安全评价提供了理论依据.利用船舶系泊评价函数计算了175000DWT散货船码头系泊时缆绳和护舷受力,并对计算结果与系泊试验结果和以往的蒙特卡洛计算结果进行比较分析.结果表明,所提出的船舶系泊评价函数和模矢搜索的优化算法是正确的,可以用于对船舶系泊安全进行评价.     

极端海况下重力式网箱系泊系统数值模拟

开展系泊系统水动力研究对于大型深海重力式网箱在恶劣海况条件下的长期使用具有重要意义.首先采用集中质量法构建重力式网箱系泊系统简化力学模型,基于海洋工程水动力分析软件O rcaFlex建立重力式网箱数值模型,并通过水池物理模型试验验证了在规则波工况下数值模拟结果的可靠性;进而针对钦州湾20 m水深的重力式网箱系泊系统开展了极端海况下的水动力数值研究,极端海况采用了百年一遇极端波浪条件,考虑网箱结构的对称性特点,代表性地分析了0°与45°两种浪向角下系泊缆绳张力变化的差异.研究结果表明,当浪向角为0°即平行于系泊系统中轴线时,缆绳张力幅值较小且受力均匀.研究结论对同类型重力式网箱系泊系统的科学布置具有一定的参考价值,并为大型深海重力式网箱的规模化运行提供前期研究基础.     

码头系泊缆绳张力的蒙特卡洛算法

系泊船舶缆绳张力的模型实验研究和理论计算对于缆绳的选取、系泊设备的设计、系泊方式及预紧力的确定,以及船级社规范的制订都有着重要的指导意义,国内对码头系泊的研究相对较少,且主要依赖于模型实验,本文对系泊船舶缆绳张力的计算建立了数学模型,用蒙特卡洛算法对系泊非线性方程组进行了求解,并编制了计算程序,与实验结果相比,有较好的一致性,用此数学模型的方法求解船舶在风浪流联合作用下缆绳的静张力是可行的。     

浮式养殖网箱系统的数值模拟

对一种浮式网箱及其系泊系统建立了有限元模型。为了确保计算模型的准确性，对网箱系统的主要部件分别进行了模拟并与实验结果验证。进而对该模型在不同来流方向，以及网面阻力受水流遮蔽效应的影响进行了数值模拟研究。结果表明，所建立的数值模拟系统是有效和合理的，能够作为网箱设计和优化辅助系统。