“白龙”浮标标体设计及动力学分析

发布时间：2017-12-27 03:26

本文关键词：“白龙”浮标标体设计及动力学分析　出处：《杭州电子科技大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：小型深海资料浮标作为一种海洋观测平台，是人们认识海洋、探究海洋和开发海洋的必备工具，在海洋经济建设中发挥着巨大作用。由于浮标在深海环境下受到风、浪、流作用的情况复杂，对其标体及系泊系统的设计不仅要考虑所搭载设备的质量、结构等因素，而且需要通过计算、仿真等手段分析其动力学性能。本文以孟加拉湾安达曼海3000m水深的小型深海资料浮标 “白龙”为研究对象，通过浮标设计、仿真分析及实验测试等手段，完成一款性能较为理想的深海浮标的研制工作。作者在查阅大量文献资料的基础上确定了“白龙”浮标实际工作海况，从而设计了以数据采集系统、数据通讯系统、电源系统及控制系统为代表的标体各有效载荷方案。根据类半球形、类圆锥形、圆柱形标体的水动性能差异，确定标体为类半球形结构，进而完成标体上其他各部件的设计工作。通过有限元静力学计算表明，标体在稳距、大倾角稳性、和静稳性角等方面均表现良好；而动力学分析结果显示：浮标垂荡频率为3.15rad/s，横摇频率为2.99rad/s，很好地避开了海洋谱主能频率范围。依据浮标布放及回收中的特殊要求，设计了单点定锚的绷紧式系泊方案。文中选用ANSYS的AQWA模块对浮标结构进行水动力学分析。仿真分析结果表明：（1）浮标受到的一阶波浪力幅值较小，处于锚系许用应力范围内；（2）横摇和垂荡方向的附加质量系数与阻尼系数曲线在合理范围内；（3）200s运动仿真下，浮标由二阶波浪力引起的慢漂位移较小；（4）浮标在JONSWAP海浪谱下RAO响应较小，据此推得浮标固有频率为3.2rad/s，且浮标在JONSWAP海浪谱下位移响应较小。最后，作者对所研制的“白龙”浮标样机进行了装调及近海测试，并成功布放到3000m水深站位。处理分析浮标测得的大量数据后发现，，“白龙”各系统和标体结构总体满足实际工作需求，但仍有部分细节需要改善，为此，提出了进一步研究浮标结构力学性能的改进方法。本文对“白龙”浮标所做的设计计算、仿真分析及实验验证成果对研究小型深海资料浮标具有参考价值，也为在实际工程中研发其他浮标积累了经验。
[Abstract]:As a marine observation platform, small deep sea data buoy is an essential tool for people to understand the ocean, explore the ocean and develop the ocean, and play a great role in the marine economic construction. Because the situation of buoys is affected by wind, wave and current in deep-sea environment, the design of its body and mooring system should consider not only the quality and structure of the equipment, but also the dynamic performance of the buoy by means of computation and simulation.
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P715.2

【参考文献】