导管架下水后驳船摇臂运动与自动复位研究

论文摘要

导管架下水驳船摇臂是安装在船艉的用于导管架滑移下水的过渡装置。当导管架下水后,船艉摇臂受到多重作用力的影响。通常情况下,摇臂的复位是在借助外力和人工操作下完成的,这不仅增加了施工成本还增加了海上施工危险,况且借助外力作用复位也是一个十分复杂、不成熟的过程。本论文提出了通过对摇臂与驳船的运动轨迹分析,研究摇臂在不借助外力作用下能够自动翻转复位的条件。首先分析导管架下水后,驳船-摇臂系统运动的物理过程及所受外力特征,建立一个驳船-摇臂系统关于时间历程的运动分析模型。并据此建立驳船-摇臂系统的运动方程,用数值方法求解运动方程,给出驳船-摇臂系统在不同时刻的运动轨迹和状态。以一艘3万吨导管架下水驳船为实例,通过编写matlab程序计算了从导管架完全脱离至船体静止过程驳船-摇臂系统的运动轨迹。将程序计算值与试验结果值进行对比,验证了程序的可靠性。然后通过改变运动参数初值和摇臂重心位置,分析了影响摇臂运动的主要因素,给出了摇臂自动翻转复位的条件以及复位瞬间对船体尾部结构的冲击能量,为摇臂自动翻转复位研究提供了数值依据。本文的结论将对下水驳船摇臂自动翻转复位的实现以及如何减小翻转复位时对船体造成的冲击能量提供一定的指导作用。在工程实际中,通过调整导管架下水过程浮态或者改变摇臂的重心位置来实现摇臂的自动翻转复位。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 研究与应用现状
• 1.3 本文研究的目的和主要内容
• 第二章 驳船-摇臂系统运动模型的建立
• 2.1 导管架下水过程中摇臂的运动描述
• 2.2 建立模型坐标系
• 2.3 模型建立的理论依据
• 2.3.1 建立模型的内容及条件
• 2.3.2 物理过程及特征
• 2.3.3 模型建立的基本简化
• 2.4 模型水动力的简化
• 2.4.1 水动力的简化方法
• 2.4.2 时域及频域中辐射问题的势流理论
• 2.4.3 粘性流体水动力的表达
• 2.4.4 切片叠加法
• 2.4.5 水动力的简化
• 2.5 本章小结
• 第三章 驳船-摇臂系统运动的数值分析
• 3.1 建立系统运动方程
• 3.1.1 导管架离开瞬间至摇臂回复瞬间过程
• 3.1.2 摇臂回复后系统运动方程
• 3.2 水动力表达式
• 3.2.1 恢复力及恢复力矩
• 3.2.2 阻尼力及阻尼力矩
• 3.2.3 惯性力及惯性力矩
• 3.3 船体-摇臂系统的几何及运动关系
• 3.3.1 船体的几何关系及运动关系
• 3.3.2 摇臂的几何关系及运动关系
• 3.3.3 船体及摇臂的耦合关系
• 3.4 运动方程的求解
• 3.4.1 方程预处理
• 3.4.2 微分方程的求解
• 3.4.3 求解过程合理性分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 实例分析
• 4.1 实船资料
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 实验模型及工况
• 4.2.2 实验结果
• 4.3 数值计算结果
• 4.3.1 船体和摇臂邦戎曲线
• 4.3.2 系统在静浮状态下摇臂恢复力矩
• 4.3.3 摇臂回复过程系统运动状态值
• 4.3.4 摇臂回复后船体运动状态
• 4.3.5 整个研究时域内数值结果综述
• 4.4 数值结果分析
• 4.4.1 初始条件对摇臂运动的影响
• 4.4.2 重心位置改变对摇臂运动的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢