系泊系统设计模型

《系泊系统设计模型》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、系泊系统设计模型摘要本文主要研究近浅海观测网的传输节点在不同风浪流条件下，基于静力学与动力学方法，分析系泊系统的状态。本文采集自网络，本站发布的论文均是优质论文，供学习和研究使用，文中立场与本网站无关，版权和著作权归原作者所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除已转载的信息，如果需要分享，请保留本段说明。关键词静力学；悬链法；集中质量法；迭代法中图分类号U6文献标识码A文章编号2095-6363(2017)11-0013-021问题概述问题1:本题使用长为22.05m的锚链以及质量为1200kg的重物球。存在某海域，水深为18m

2、。假设海水静止，在风速为12m/s和24m/s的前提下，计算钢桶、钢管的倾斜角度，所给锚链的形状，浮标吃水的深度以及浮标游动的区域范围。(P海水=1.025X103kg/m3)。问题2:仍在问题1的条件下，设风速为36m/s，计算此时钢桶、钢管的倾斜角度，所给锚链的形状，浮标吃水的深度以及游动的区域范围。问：在钢桶倾斜角度小于等于5°，锚链与海床夹角小于等于16°的前提下，重物球的质量应为多少？问题3:若海域实测水深为16m〜20m，设计系泊系统，分析钢桶、钢管的倾斜角度，所给锚链的形状，浮标吃水的深度以及游动的区域范围。考虑风力、

3、水深和水流力。假设海水速度最为1.5m/s、风速最大为36m/so针对问题1，首先在仅有风荷载的条件下，确立系统静力学模型。对浮标、钢管、钢桶在精力平衡条件下进行受力分析，建立平衡方程。进而利用悬链线控制方程对锚链相关参数进行求解。其中海面风速为12m/s和24m/s时，浮标吃水深度分别为0.7274m和0.7514m。解得钢桶和各节钢管的倾斜角度后，通过获得的锚链相关参数对锚链形状进行描述。由于可假设风向为任一定向，因此，确定浮标的游动区域为以静力平衡状态下系统各部件在水平方向上的投影长度总和为游动半径的圆环上。针对问题2,基于对

4、锚链边界条件的考量，建立集中质量法静力学模型。首先将浮标、钢管、钢管化作质点模型，对锚链按节点进行分段，分别建立静力学方程。根掘第一个节点的水中质量与0的大小关系进行判断锚链的拖地情况。解得海面风速为36m/s时，浮标吃水深度为0.8302m，对应一系列其他待求变量。根据建立的静力学方程，在浮标吃水深度、钢桶的倾斜角度、锚链末端与锚的链接处的切线方向与海床的夹角的约束下，利用MATLAB编制单目标程序，找出符合条件的重物球质量取值范围为1780kg〜4890kg。针对问题3,相对于问题2,需要考虑当海水速度与风速在一定范内，依据海水

5、深度的约束条件，基于集中质量法的动力学模型，建立非线性微分方程组。根据查朗贝尔定理，写出惯性力表达式。在X与Z方向上分别建立6个动力学方程，使用计算机软件进行求解。求解得到不同情况下钢桶、钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域。2模型假设与符号说明2.1模型的假设假设1:静力学方法中，设水流方向与风荷载方向为定向，不随时间改变。假设2:假设浮标轴线与水平面垂直，忽略力矩的转动效应。假设3:假设海水中流体不旋动，无流体附加质景，无摩擦。假设4:忽略锚链几何上的非线性特性与运动响应，假设缆索的自重沿链长方向均匀分布，由同种材

6、料组成，在拉力作用下伸长可以忽略2.2模型的符号说明:浮标的吃水深度:浮标受到的浮力:风的速度:锚链张力对锚竖直方向上的分量:第i个钢管或钢桶的拉力:第i个钢管或钢桶与竖直方向的倾斜角度:锚链的竖直投影长度:锚链的水平投影长度:浮标的游动半径:第i个钢管或钢桶受到的重力3问题1的解答3.1模型的构建浮标的重力G1可用假定的g及己知条件浮标质景m求得：Gl=mg=12000N设浮标吃水深度为h，再结合海水密度Ps，从而浮标所受的浮力B可表示为B=Ps*g*V其中：V=n*r2*h设连接的钢管对其作用力为Tl，且T1与水平方向夹角为01

7、。再由二力平衡可得：Bl-Gl=Tlsin01Fl=Tlcos91再对4节钢管进行受力分析。令第i节钢管所受下一节钢管的拉力为，重力为，自身与水平方向倾角为，所受浮力为。再根据受力平衡，可列出以下方程：Ti=[(Bi-Gl+Ti-lSinei-1)2+(Ti-lCos9i-1)2]1/20i=arctan[(Bi-Gl+Ti-lSin㊀i-1)/(Ti-lCos㊀i-1):对于四节钢管，Gi均为100N,Bi均约为2.01N。对于钢桶，Gi为钢桶本身和重物球的重力和13000N。对于锚链采用悬链线理论列出其控制方程：y=(Ht/W)

8、[cosh{sinh-l(tan(01))}-cosh{sinh-l(tan(9b))}]tan(9b)=(Vt-ws)/HtVt=Ht.tan(0t)其中，x?橄挡蠢滤鞔寸椎阌肫涠Y慷说愕乃?平距离，y为顶部端点距离海底的垂直距离。