S型初始鋪管力學(xué)分析與視景仿真系統(tǒng)研制.pdf

1、鋪管船是海洋能源開發(fā)中不可或缺的海洋工程裝備，深水鋪管作業(yè)工藝過程復(fù)雜、作業(yè)環(huán)境惡劣導(dǎo)致深水鋪管作業(yè)風(fēng)險較大，同時也對操作人員提出了更高的要求。因此，開展深水鋪管仿真作業(yè)模擬系統(tǒng)的研究具有重要的實(shí)際工程價值。本文以深水鋪管起重船“海洋石油201”實(shí)際海上作業(yè)工藝流程為基礎(chǔ)，利用視景仿真技術(shù)構(gòu)建了一套深水鋪管作業(yè)培訓(xùn)系統(tǒng)，起到海上鋪管作業(yè)人員培訓(xùn)、方案預(yù)演等作用，從而提高鋪管作業(yè)效率和安全性。
　　對初始鋪管作業(yè)過程中的管道與纜索進(jìn)

2、行分析。一直以來，對于S型鋪管方式研究的重點(diǎn)在管道微分方程的建立以及求解方法的比較，大多數(shù)方法只適用于正常鋪管與收、棄管，對初始鋪管作業(yè)研究很少。本文針對S型鋪管作業(yè)中的初始鋪管作業(yè)進(jìn)行力學(xué)分析，對于管道，用非線性彈性大撓度梁理論建立管道模型，并采用微分求積法求解；對于纜索，通過纜索單元受力分析，建立纜索模型，并用迭代法求解。針對管道與纜索微分方程邊界條件難以確定導(dǎo)致方程無法求解的問題，提出一種基于微分求積法的迭代方法，完成邊界條件的確

3、立及微分方程求解。對于管道和纜索的動態(tài)分析，本文借鑒前人研究鋪管作業(yè)時管道振動分析的基礎(chǔ)上，對邊界條件進(jìn)行簡化處理，完成了管道與纜索振動方程的求解。
　　分析了現(xiàn)有鋪管仿真系統(tǒng)存在的問題，并提出解決方案。針對仿真系統(tǒng)開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了仿真系統(tǒng)的整體架構(gòu)及開發(fā)流程。完成了數(shù)學(xué)模型程序編寫，解決了仿真系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)傳輸、子模塊運(yùn)行時間等問題。使深水鋪管仿真系統(tǒng)功能得到完善，軟件系統(tǒng)與硬件架構(gòu)得到了優(yōu)化。
　　通過對鋪

4、管仿真系統(tǒng)的現(xiàn)場聯(lián)調(diào)測試，鋪管仿真系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，視景畫面顯示流暢，整個鋪管作業(yè)過程中未出現(xiàn)系統(tǒng)卡死等不良現(xiàn)象，驗(yàn)證了整體方案的可行性。針對具體仿真算例驗(yàn)證初始鋪管數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性，并以鋪管仿真系統(tǒng)為基礎(chǔ)，分析了海流載荷和船體激勵條件下管道與纜索的響應(yīng)。
　　綜上所述，本文完成了初始鋪管作業(yè)中管道及纜索的力學(xué)分析，并首次采用基于微分求積法的迭代方法完成了管道及纜索微分方程的求解，解決了初始鋪管計(jì)算效率低的問題；對管道與纜索振動方程邊