船舶鋪管作業(yè)仿真技術(shù)研究.pdf

1、海底管道工程是海洋能源開(kāi)發(fā)的生命線，鋪設(shè)施工環(huán)境復(fù)雜，施工質(zhì)量要求高，這對(duì)管道鋪設(shè)安裝作業(yè)提出了巨大挑戰(zhàn)，采用船舶鋪管作業(yè)仿真的方法，能夠增加操作而人員的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，預(yù)演和評(píng)估作業(yè)方案，最大可能地降低海上作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，提高海上作業(yè)的安全性。針對(duì)深水船舶鋪管作業(yè)仿真的的管線動(dòng)態(tài)幾何非線性問(wèn)題，基于小應(yīng)變大位移彈性梁模型、非線性有限元方法，開(kāi)展管道受力與變形研究，建立以懸鏈線為初始構(gòu)形的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)非線性有限元方程的迭代算法；面向動(dòng)態(tài)仿真實(shí)時(shí)性問(wèn)

2、題，基于多剛體理論，研究建立管道的多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型；針對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)模擬問(wèn)題，考慮船舶運(yùn)動(dòng)時(shí)間序列的特性，建立一種面向鋪管仿真的PSR-DSRvSVR-NCEBA船舶運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)方法；針對(duì)船舶鋪管作業(yè)方案仿真設(shè)計(jì)，進(jìn)行了鋪管作業(yè)方案仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與搭建。
　　本文具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　1）基于小應(yīng)變大位移幾何非線性歐拉-伯努利梁理論，分析管道靜態(tài)、動(dòng)態(tài)受力平衡方程，描述管道構(gòu)形的應(yīng)變-變形關(guān)系，推導(dǎo)得到了非線性剛度矩陣

3、，建立了位移外力非線性平衡方程；采用 Newton-Raphson迭代法與載荷增量法結(jié)合的計(jì)算方法，逐步線性加載外載荷，解決懸跨段靜態(tài)幾何非線性問(wèn)題；采用線性時(shí)域積分法，求解管線的動(dòng)態(tài)非線性問(wèn)題，并采用了修正拉格朗日方法，選用懸鏈線為初始構(gòu)形進(jìn)行迭代，有效縮短了計(jì)算時(shí)間，簡(jiǎn)化迭代求解計(jì)算量；
　　2）基于多剛體系統(tǒng)理論，采用拉格朗日方法描述了鉸節(jié)點(diǎn)和剛體單元的廣義空間位置與速度關(guān)系，研究建立了管線的多剛體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和動(dòng)力學(xué)平衡

4、方程，并對(duì)質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣、變形力矢量進(jìn)行系統(tǒng)分析。采用逆向求解方法，求出了管線上端的張力，可作為張緊器仿真的輸入?yún)?shù)，為深海鋪管作業(yè)仿真模擬的實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性提供必要的方法支撐；
　　3）針對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)時(shí)間序列的混沌性、周期可變性及其包含的噪聲信號(hào)，研究面向船舶運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)的混沌系統(tǒng)空間重構(gòu)方法(PSR)，為增強(qiáng)應(yīng)對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)時(shí)間序列季節(jié)長(zhǎng)度變化的魯棒性，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)季節(jié)性調(diào)整機(jī)制（DSAM），并將其與魯棒支持向量回歸機(jī)模型（RvSVR）耦

5、合，提出一種新的動(dòng)態(tài)季節(jié)性魯棒v-支持向量回歸預(yù)測(cè)模型(DSRvSVR)建立PSR-DSRvSVR預(yù)報(bào)模型。針對(duì)蝙蝠算法的不足，基于貓映射、云模型和小生境加速搜索理論，提出了混沌小生境高效蝙蝠算法(NCEBA)，將其應(yīng)用于DSRvSVR模型參數(shù)的優(yōu)選，解決了DSRvSVR模型參數(shù)確定難題，構(gòu)建一種基于了混沌小生境高效蝙蝠算法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)選的船舶運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)方法(PSR-DSRvSVR-NCEBA)，實(shí)現(xiàn)了船舶運(yùn)動(dòng)的快速、準(zhǔn)確、魯棒預(yù)報(bào)，能夠更