深水铺管起重船起重作业模拟系统方案设计舰船与海洋结构物设计制造专业论文.docxVIP

哈尔滨工程大学 硕士学位论文 深水铺管起重船起重作业模拟系统方案设计 姓名：昝英飞 申请学位级别：硕士 专业：舰船与海洋结构物设计制造 指导教师：韩端锋深水铺管起重船起重作业模拟系统方案设计捅 深水铺管起重船起重作业模拟系统方案设计 捅 姜 深水铺管起重船在海洋工程中具有着十分广泛的用途，随着起重设备、工作环境等 复杂化，对操作人员提出了更高的要求。因此，开展深水铺管起重船起重作业模拟系统 的研究具有重要的实际工程价值。本文针对“海洋石油201船起重机的工作特点，利 用虚拟现实技术对其起重作业模拟系统进行了方案设计。 主要研究工作如下： (1)利用齐次变换矩阵，推导起重吊各组成部件在空间的位置和姿态以及相互之 间的空间关系；并通过对起重船吊物系统的运动与动力分析，给出吊物摆动角的非线性 方程组与吊物的运动方程组和起重作业时吊绳的动张力； (2)依据船舶运动的动力学基本原理，采用分离建模(MMG)思想将作用于船体 的外力分离后，分别对风、浪、流等外力进行计算。在起重作业时基于动力定位系统 (DPS)与动态压载水调节的情况下，建立船舶起重作业六个自由度数学模型，用于起 重作业模拟系统； (3)利用虚拟现实技术研究，进行深水铺管起重船起重作业模拟系统的框架开发， 将起重模拟系统进行模块划分成运动仿真系统，视景仿真系统，起重控制系统，训练管 理系统，并确定各分系统的功能、交互关系及各分系统的关键技术的实现方法，进而模 拟并反映深水铺管起重船在海上起重作业实时仿真。 关键词：起重作业；数学模型；视景仿真；训练管理 深水铺管起重船起重作业模拟系统方案设计ABSTRACT 深水铺管起重船起重作业模拟系统方案设计 ABSTRACT Deep water pipe·laying crane vessels play all important role in the field of ocean engineering．As the lifting equipments and working environment getting more complicated， the demand for operators’skill increases．So，to start the research of a simulation system for lifting operations of crane vessels earl be of great significance．The thesis，aiming at the working characterisics of the crane on“Ocean Petroleum 20 1”，accomplishes the analysis of the conceptual design of the lifting operations simulation system with virtual-reality technology．The following works are finished in this thesis： (1)The position relationship and posture of the crane’s composition parts is derived by using Homogeneous Transformation Matrix．And through kinematics and dynamics analysis of lifting load system on the ship，the thesis gives out the non-linear equations of the hanging objects’swing angle and the dynamic equations ofthe lifting objects． (2)Forces，which originated in wind，waves and flow,act on the hull are decomposed and calculated according to MMG and basic theory of ship dynamics．The mathematical model of six degrees of freedom which describes the lifting operation is built for the simulation system basing on dynamic positioning system(DPS)and dynamic ballast wat