系泊系统的设计与建模系泊系统的设计与建模.pdfVIP

系泊系统的设计与建模 摘要 本文研究的是一个浮标的运动与平衡问题，浮标在风力和海水力的作用下运动，最终 达到平衡。易知，如果系统平衡时的各项指标都达到要求，运动状态下都会达到要求，因此 这是一个力的平衡分析问题，重点是分析系统内部各个部分的受力。对于钢桶、钢管，本文 运用分段受力分析的方法进行求解；对于锚链，本文给出两种方法。其一与钢管的分析方法 相同；其二为悬链线法。之后对两个模型进行分析比较，决定分段受力分析法作为主要模型， 最终得出系统各个参数之间的联系，知其一可得其他。 针对问题一，本文采取平面化处理。由于浮标运动的方向与风的方向相同，所以只需 在平面上分析系统的受力。风速大小确定，方向任意，因此浮标的运动区域是以锚在海面 上的投影点为圆心，以浮标与锚的水平距离为半径的圆。本文运用力学知识建立模型，用 变步长有哪些信誉好的足球投注网站算法编写MATLAB 程序进行求解。求得风速v=12m/s 时吃水深度s=0.735m ； v=24m/s 时吃水深度s=0.749m 。进而其余参量均可求得。同时提出了悬链线模型，两个模 型的求解结果相差很小，从而提高了正确性。 针对问题二，本文首先采用问题一的模型计算出v=36m/s 时各个参数，求得浮标的游 2 动区域面积S=1111.041m 。此时钢桶倾斜角度和锚点与海床的夹角分别为8.07°和18.09° ， 不满足题目要求，所以要调节重物球的质量。其次在题目的两个角度约束条件和浮标不能 沉底的条件下，仍通过变步长有哪些信誉好的足球投注网站算法进行有哪些信誉好的足球投注网站。求得满足题目要求的重物球的最小质量 为1709kg，最大质量约为5200kg 。 ° ° 针对问题三，本文首先将其进行合理简化。钢桶倾斜角不超过5 ，且cos 5 = 0.996，因 此可以认为海水的作用力为水平方向。如果在风力水力同向且最大的时候满足条件，其余情 况必定满足条件，因此可以假设风速水速同向且最大。在此基础上进行受力分析，对问题一 的模型进行修改，得出问题三的模型。系泊系统的设计问题是多目标规划问题，本文运用ε [1] 约束法，选择一个主要关注的参考目标，将其他目标函数约束放到约束条件中 ，从而将其 转化为单目标规划，用MATLAB 对目标函数进行有哪些信誉好的足球投注网站求解，列出符合约束条件的解。 关键词： 受力分析 悬链理论 变步长有哪些信誉好的足球投注网站 多目标规划 一、问题重述 近浅海观测网的传输节点由浮标系统、系泊系统和水声通讯系统组成。某型传输节点 的浮标系统可简化为底面直径2m、高2m 的圆柱体，浮标的质量为1000kg。系泊系统由钢 管、钢桶、重物球、电焊锚链和特制的抗拖移锚组成。锚的质量为600kg，锚链选用无档普 通链环，近浅海观测网的常用型号及其参数在附表中列出。钢管共4 节，每节长度 1m，直 径为50mm，每节钢管的质量为10kg。要求锚链末端与锚的链接处的切线方向与海床的夹角 不超过16 度，否则锚会被拖行，致使节点移位丢失。水声通讯系统安装在一个长1m、外径 30cm 的密封圆柱形钢桶内，设备和钢桶总质量为 100kg。钢桶上接第4 节钢管，下接电焊 锚链。钢桶竖直时，水声通讯设备的工作效果最佳。若钢桶倾斜，则影响设备的工作效果。 钢桶的倾斜角度 （钢桶与竖直线的夹角）超过5 度时，设备的工作效果较差。为了控制钢桶 的倾斜角度，钢桶与电焊锚链链接处可悬挂重物球。建立数学模型讨论以下问题： 问题1 某型传输节点选用II 型电焊锚链22.05m ，选用的重物球的质量为1200kg 。现 3 3 将该型传输节点布放在水深18m 、海床平坦、海水密度为1.025×10 kg/m 的海域。若海水静 止，分别计算海面风速为12m/s 和24m/s 时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的 吃水深度和游动区域。 问题2