系泊系统建模.doc

系泊系统的设计摘 要通过建立模型对系泊系统的传输节点进行受分析，了静力学模型，并通过增加风力、流力对系泊系统进行更优化的设计。问题，海平面处于静止状态下，对风速为m/s和m/s时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标吃水深度和游动区域的计算，首先锚链运用微元法对一节进行，对物体进行分析和力矩平衡静力学平衡的方程组，对其求解锚链形状（图图）求解结果风速m/s时，钢桶的倾斜角度为到下的倾斜角度为吃水深度为）,游动区域为）。风速m/s时，钢桶的倾斜角度为到下的倾斜角度为吃水深度为）,游动区域为）。 对于问题二风速为，和各节钢管的倾斜角度、锚链形状、和游动区域的计算首先利用问题的算法出结果，风速为，钢桶的倾斜角度超过了，锚链在锚点与海床的夹角超过了调节物球的质量为，其前调节后36m/s求解结果：钢桶倾斜角度为到下的倾斜角度为2.10082.1061°2.1114°2.1168°，游动区域为15.5842）。调节后：钢桶倾斜角度为到下的倾斜角度为区域为）。 对于问题三，在考虑风力和水流力的情况下，本文基于风力和水流力为一对阻力的基础上，在布放点水的深度变化下，首先分别对浮标、钢管、钢桶及重物球系统进行受力分析，重新建立静力学模型，再利用软件进行求解出在水深为下，钢桶、钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域（结果见文中），同时推出更合理的系泊系统的设计。? ? 关键词：系泊系统的设计?静力学模型?单目标优化?力学方程组 1 1.1 问题背景 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（如图1所示）。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（链环中间没有档撑的0型环）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。 1.2问题提出 问题一：海水时，在题中所给的浮标、钢管、、重物、锚链、锚的相关数据分别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。 问题二：问题假设下，36m/s时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链形状和浮标的游动区域。请调节重物球的质量，使得钢桶的倾斜角度不超过5度，锚链在锚点与海床的夹角不超过16度。 问题三：16m~20m之间。布放点的海水速度最大可达到1.5m/s、风速最大可达到36m/s。请给出考虑风力、水流力和水深情况下的系泊系统设计，分析不同情况下钢桶、钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域。 2 问题分析 问题要求末端与锚的连接处的切线方向与海床的夹角不超过，锚会被拖行，钢桶的倾斜角度超过，设备的工作效果较差，，要通过确定锚链的型号、长度和的质量，浮标的吃水深度与动区域钢桶的倾斜角度尽可能小。要求海水静止时，分别计算海为12m/sm/s时钢桶和各钢管倾斜角度锚链形状、浮标的水深度和游动区域。，首先对传输节点进行整体分析进而分析浮标的，立体几何中的相关知识平面直角系，对、钢管、、钢桶及物球进行局部通过牛顿第一保持平衡静止，建立了静力学吃水深度通过的来计算，而浮标的游动区域通过各个物体在水平方向的投影长度出游动区域半径，利用，出为m/s时钢桶和各钢管倾斜角度锚链形状、浮标的水深度和游动区域风速为m/s以此类推。题在问题1下，求出为m/s时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链形状浮标的游动区域利用问题模型进行的倾斜角度超过，在锚点与的夹角超过，可将问题一个优化模型，并对所建立的模型，在满足钢桶的倾斜角度不超过 5 度、锚链在锚点与海床的夹角不超过16度的情况下，软件求解出尽可能小的浮标吃水深度、钢桶倾斜角度及游动区域所对应的的重物球质量问题三，受到潮汐等因素的影响，点的海水速度最大可达到m/s、风最大可达到m/s，为此，在考虑风力、水力和水深情况下的系泊系统的设计本文在第一问的上风力、水流力水深情况，再对各个物体分析建立静力学模型然后以此为，设计出更加合理的系泊系统 3 模型假设 假设海水的密度是分布均匀的。 个深度的水流的流速近似相等。 锚链自身的弹性。 重力加速度为 5. 假设一切阻力不计。 符号 符号说明