錨泊起重船剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模及其動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、起重船是海洋工程設(shè)施建設(shè)必不可少的工程船舶。起重船在海上作業(yè)或是航行由于受到海浪的作用，會(huì)引起船體運(yùn)動(dòng)。船體的運(yùn)動(dòng)不僅影響船上人員的舒適性，而且直接影響到起吊作業(yè)的效率和安全性。因此，分析起重船動(dòng)態(tài)特性及其影響因素，并將之應(yīng)用于起重船的設(shè)計(jì)和作業(yè)中是十分必要的。國內(nèi)外學(xué)者對船舶在海浪上的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了深入的研究，但因?yàn)槠鹬卮拇?、起吊機(jī)械的特殊性，對該系統(tǒng)的理論研究還較缺乏。 隨著海洋開發(fā)事業(yè)的發(fā)展，起重船為提高作業(yè)效率、降低

2、環(huán)境對作業(yè)的影響，起重量越來越大，運(yùn)行速度越來越快，其整體動(dòng)態(tài)特性表現(xiàn)出一些新的特征，主要表現(xiàn)在： (1)吊臂柔性對系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性有影響；(2)吊重與船舶之間存在雙向耦合作用。本文在此背景下對該問題進(jìn)行了深入的探討，取得以下研究成果： （1）將錨泊起重船臂架和吊索看作彈性體，基于柔性多體動(dòng)力學(xué)，針對錨泊起重船首次建立了系統(tǒng)剛?cè)峄旌蟿?dòng)力學(xué)模型，分析了模型的影響因素，詳細(xì)討論了剛?cè)峄旌蠌椥阅Ｐ团c剛體模型、平面模型間的相互轉(zhuǎn)換

3、方法，模型具有良好的通用性。研究了吊物系統(tǒng)采用單擺及球擺模型造成的系統(tǒng)計(jì)算差異，確定吊物系統(tǒng)采用空間球擺模型更符合實(shí)際情況；探討了船舶與吊重雙向耦合作用的條件； （2）對吊物系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)及吊索中的動(dòng)張力響應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)單純的面內(nèi)激勵(lì)會(huì)導(dǎo)致吊重面外的較大擺動(dòng)；在特征頻率附近，吊索中的動(dòng)張力急劇增大；使用Melnikov 函數(shù)確定了吊重混沌振動(dòng)的參數(shù)閾值，根據(jù)相圖、Poincare 映射圖和Lyapunov指數(shù)方法對吊物系統(tǒng)

4、中出現(xiàn)的混沌現(xiàn)象進(jìn)行了分析，確定了吊物系統(tǒng)發(fā)生混沌的影響因素是激勵(lì)幅值、激勵(lì)頻率和吊索長度，提出了通過合理選擇系統(tǒng)參數(shù)避開發(fā)生混沌的區(qū)域的方法。 （3）依據(jù)有限單元法建立起錨泊系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)方程，通過懸鏈線方程確定初始位置，通過靜力分析求得靜平衡位置，在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析，計(jì)算結(jié)果表明，采用多項(xiàng)式模擬錨泊力的作用是合理的。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套凸輪機(jī)構(gòu)來模擬錨泊系統(tǒng)對船舶的作用，以便在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)代替錨索來模擬錨泊系

5、統(tǒng)作用。 （4）采用自由度縮減的DC 增益方法實(shí)現(xiàn)吊臂模態(tài)的選擇，減小了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算的規(guī)模，并對模態(tài)截?cái)嗟木冗M(jìn)行了詳細(xì)分析。在此基礎(chǔ)上建立了起重船吊臂的彈性動(dòng)力學(xué)模型，為剛?cè)狁詈险w模型的建立及其動(dòng)態(tài)特性分析奠定了基礎(chǔ)。 （5）建立了剛?cè)狁詈襄^泊起重船虛擬樣機(jī)模型，為動(dòng)態(tài)特性的研究提供了可靠的研究平臺(tái)就設(shè)計(jì)參數(shù)（錨索剛度、吊臂質(zhì)量、吊臂柔度）對系統(tǒng)特性的影響和典型工況（吊重跌落、起臂工況以及離地起升）下系統(tǒng)的響應(yīng)特性