系泊系统设计ppt课件.pptx

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1、关于系泊系统设计的研究问题重述问题假设构建模型模型评价与结论目录/CONTENTS01问题重述选题背景所求问题本次研究主要是针对当前近浅海观测网中系泊系统工作效果较差的问题，在保证浮标的吃水深度和游动区域及钢桶的倾斜角度尽可能小的条件下，利用Matlab建模确定锚链的型号、长度和重物球的质量，对系泊系统进行设计。选题背景浮标：半径1m高度2m质量1000kg钢管：一共4节长1m质量10kg直径50mm铁桶：高1m外径30cm质量100kg锚：质量600kg02问题假设为了简化研究问题，做出以下假设：1.锚与海床的静摩擦系数足够大;2.风和水流的方向相同且与海床平行;3.风倾力矩作用下浮标产

2、生的倾角忽略不计;4.假设所分析海域处的重力加速度g=9.8m·s-2;5.重物球的浮力及水流作用力忽略不计;6.锚链铺底处于展开状态，不存在锚链的堆叠;7.不考虑锚链自身的弹性伸长及结构空隙。03构建模型问题一选用II型电焊锚链22.05m，选用的重物球的质量为1200kg。现将该型传输节点布放在水深18m、海床平坦、海水密度为1.025×103kg/m3的海域。若海水静止，分别计算海面风速为12m/s和24m/s时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。解题思路系泊系统由钢管、钢桶、重物球、电焊锚链和特制的抗拖移锚组成。因为各部分间有拉力作用，通过对每一个部分进行

3、机理分析建立力学方程组，可以将每一个部分间的相互拉力联系起来。建立系泊系统静力特性分析模型，在假设条件和海面风速为12m/s和24m/s的情况下，首先考虑锚链，由于锚链每段相对较短，取锚链的一微段通过迭代的方式，得到锚链顶端至海床高度。其次分别取钢管、浮标为研究对象设参量进行力学分析，列出静力学平衡方程。最终，选取浮标吃水深度为枚举变量，以系泊系统各部分之和等于水深为目标，寻找符合条件的浮标吃水深度，并据此求解出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。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后

4、。浮标的静力学分析又：得出:在x轴、y轴两个方向分别列出静力学平衡方程：单节钢管受力分析由力矩平衡方程得：由几何关系得：在x轴、y轴两个方向分别列出静力学平衡方程：钢桶和重物球的静力学分析以钢桶质心为参考点，由力矩平衡方程得：由几何关系得：在x轴、y轴两个方向分别列出静力学平衡方程：锚链的静力学分析锚链整体受力图：锚链微元分析图：锚链微段所受到的上端和下端的拉力分别为F和F+dF，重力为G。根据锚链的单位长度重力可得ds微段重力：G=wds。微段静力平衡方程为：当dθ趋向0时，有cosdθ≈1,sindθ≈dθ，进而化简得出：坐标变换方程为：当锚链较长，平铺在海床上的情况：各组成部分的关联

5、性分析总长度=浮标吃水深度+钢管竖直方向总长度+钢桶竖直方向长度+锚链竖直方向总长度问题一求解枚举自变量h吃水深度（范围：（0，2）），通过循环遍历方法找到系泊系统各部件垂向投影长度最接近海水深度18m的解。如图所示，随着浮漂吃水深度的增加，整个系泊系统高度的也会变化。由于此问要求海水深度为18m，所以选择浮标吃水深度在0.74m左右。问题一求解枚举自变量h吃水深度（范围：（0，2）），通过循环遍历方法找到系泊系统各部件垂向投影长度最接近海水深度18m的解风速12m/s24m/s第一节钢管角度0.9780°3.7339°第二节钢管角度0.9837°3.7551°第三节钢管角度0.9896°

6、3.7767°第四节钢管角度0.9955°3.7993°钢桶角度0.9984°3.8093°浮标吃水深度0.7346m0.7491m游动区域半径14.3131m17.2929m图1.风速为12m/s时锚链形状示意图图2.风速为24m/s时锚链形状示意图锚链形状示意图问题二在问题1的假设下，计算海面风速为36m/s时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链形状和浮标的游动区域。请调节重物球的质量，使得钢桶的倾斜角度不超过5度，锚链在锚点与海床的夹角不超过16度。解题思路套用问题一的模型，算出风速为36m/s时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，判断设备是否能够正常工作。若不能

7、，以钢桶的倾斜角度不超过5度，锚链在锚点与海床的夹角不超过16度为约束条件，重物球的质量为目标函数，运用多目标函数模型求出满足约束条件的重物球质量。同时解出改变重物球的质量后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。问题二求解利用问题一模型，计算风速为36m/s的各个参数。图3风速36m/s时锚链形状示意图风速36m/s第一节钢管角度7.8415°第二节钢管角度7.8836°第三节钢管角度7.9262