系泊系统主动式截断混合模型试验技术仿真研究

发布时间：2017-07-15 18:10

  本文关键词：系泊系统主动式截断混合模型试验技术仿真研究

  更多相关文章： 主动式截断 混合模型试验技术 NARX网络 缆索动力学

【摘要】：走向深水("g500米)及超深水("g1500米)已是当今世界海洋油气发展的必然趋势,然而由于开采环境更加恶劣,系泊系统的总体性能将直接影响到深水平台作业和生存能力,因此深海平台及其系泊系统的分析以及试验技术就显得尤为重要。但是受限于试验水池的大小及模型尺度的选择,要将深水平台及其系泊系统按照合适的尺比布置与试验水池中是非常困难的,而建设更深更大的试验水池无疑需要更高的成本。目前一般采用被动式截断试验技术的方式进行大水深情况下的系泊系统模型试验,但无法实现与实际水深情况的动力相似则是其瓶颈所在、而且在大水深截断情况下要实现完全的静力相似也十分困难,因此以实现动力相似为目的的主动式截断混合模型试验技术应是未来海洋深水试验池的一项重要技术。本文针对主动式截断试验技术主要进行了以下工作:(1)缆索静力学及动力学研究。本文基于集中质量法编制了缆索静力学及缆索动力学的求解程序。针对缆索的静力学问题,基于悬链线理论与集中质量法模型对张紧索系统进行了分析;针对缆索动力学问题,采用集中质量模型并使用广义-α积分格式进行离散求解,并进行了计算结果与试验结果的对比分析工作。(2)海洋平台时域耦合分析计算。以工作于320水深的某半潜式海洋平台为研究对象,构建半潜平台及其系泊系统的时域耦合模型。采用基于势流理论的商用软件AQWA计算平台的水动力参数,而后采用商用软件OrcaFlex以及AQWA进行系泊系统的耦合分析,并将两款软件的计算结果与试验结果对比,从而说明了所创建的耦合数值分析模型的正确性。(3)缆索截断点运动模型辨识。本文在工作(2)的基础上,利用NARX网络离线辨识系泊缆导缆孔处三自由度运动与截断点处三自由度运动的传递关系模型,而后在考虑三种不同海况的情况下,利用训练得到的网络模型进行截断点处的运动计算,并将网络计算结果与集中质量法计算结果进行了对比,从而说明采NARX网络可以代替集中质量法进行截断点处的运动计算。(4)仿真平台的搭建。利用Matlab及OrcaFlex中所提供的外部函数接口,搭建了主动式截断混合模型的试验仿真平台。并在工作(3)的基础上,将NARX网络代替集中质量法进行缆索截断点的运动计算,通过将截断水深缆索张力以及运动情况与全水深下的结果进行对比分析,证明NARX网络替代集中质量法进行计算的可行性。通过本文的工作,为下一阶段开展主动式截断混合模型试验设备的研发等提供了技术基础。
【关键词】：主动式截断 混合模型试验技术 NARX网络 缆索动力学
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 前言9-19
• 1.1 论文的背景9-11
• 1.2 解决深海平台模型试验技术的途径11-18
• 1.2.1 极小比尺模型试验11-12
• 1.2.2 在自然水域中进行模型试验12
• 1.2.3 混合模型试验技术12-18
• 1.3 论文的基本结构18-19
• 第二章 缆索力学问题计算19-39
• 2.1 系泊缆力学特性研究方法19-38
• 2.1.1 系泊缆的静力学问题分析方法19-27
• 2.1.2 系泊缆的动力学问题分析方法27-38
• 2.2 本章小结38-39
• 第三章 耦合分析基本理论39-57
• 3.1 耦合分析方法39-45
• 3.1.1 平台水动力参数计算方法40-43
• 3.1.2 时域耦合分析43-45
• 3.2 数值计算算例45-56
• 3.2.1 平台水动力参数计算45-51
• 3.2.2 数值计算结果与分析51-56
• 3.3 本章小结56-57
• 第四章 缆索截断点运动模型辨识57-81
• 4.1 截断点运动模型辨识的意义57
• 4.2 系统辨识方法简介57-58
• 4.3 基于NARX神经网络的缆索截断点运动模型辨识58-79
• 4.3.1 NARX网络的基本结构59-61
• 4.3.2 NARX网络模型的建立与训练61-79
• 4.4 本章小结79-81
• 第五章 主动式截断混合模型试验仿真81-99
• 5.1 仿真平台的搭建81-89
• 5.1.1 半潜平台及其系泊系统相关模型创建81-83
• 5.1.2 NARX网络模型的创建83-86
• 5.1.3 NARX网络模型离线检验86-89
• 5.2 主动式混合模型试验仿真结果与分析89-98
• 5.3 本章小结98-99
• 第六章 总结与展望99-102
• 致谢102-103
• 参考文献103-108
• 攻读硕士学位期间学术成果108-109
• 附录109

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本文编号：545091