[发明专利]一种基于多体运动与动力耦合的起重船优化设计分析方法

说明书

基于多体运动与动力耦合起重船优化设计分析方法包括：起重船刚性体、柔性体建模；刚性体和柔性体连接处理；建立起重船虚拟样机；仿真起吊状态；根据设定配载方案计算重心高度及回转半径；设定作业工况并进行水动力计算，确定时间步长和模拟周期；选取船体自由度运动响应导入ADAMS中驱动仿真，输出设定时段下第一、二、三控制变幅绳索、吊装绳索的张力值、转台支撑最大应力对应节点处应力值的时程变化曲线；对比处于静止和运动状的时程变化曲线，建立船体处于静止和运动状态下第一、二、三控制变幅绳索、吊装绳索张力值、转台支撑最大应力对应节点处应力值的动力耦合放大关系；可以提高仿真效率、捕捉真实响应特征，为实际作业提供有效建议和指导。

技术领域

本发明属于海洋工程领域，尤其涉及一种基于多体运动与动力耦合的起重船优化设计分析方法。

背景技术

随着海洋开发技术的不断发展，模块化、大型化成为海洋工程建设的主要特点。起重船是海洋工程建设中的一种主要设备，也凸显出日趋重型化的特点。起重船配套设置的起重机在启动、制动和其它工作状态突变时机械系统会产生强烈的振动，吊物系统发生动力响应。同时，海况复杂多变，起重机随船体运动，加剧吊物摇摆，这种复杂多体运动情况缺少有效分析手段，结构关键区域动力响应特征不清晰，威胁起重船作业安全。因此，如何准确模拟起重船在海域条件下的实际作业情况，为工程实际操作提供建议和指导，是本领域亟待解决的技术问题之一。

发明内容

本发明提出一种基于多体运动与动力耦合起重船优化设计分析方法，包括以下步骤：起重船刚性体建模，将起重船刚性体模型导入ADAMS软件中；其中所述起重船刚性体包括：船体、转台组件、导管架、第一桁架、第二桁架、第三桁架、第四桁架，所述转台组件包括转台和配重；起重船柔性体建模，将起重船柔性体模型导入ADAMS软件中；其中所述起重船柔性体包括：转台支撑和臂架；利用刚性区域法建立刚性区域，完成刚性体和柔性体的连接；利用ADAMS建立起重船虚拟样机，所述起重船虚拟样机包括所述刚性体、所述柔性体、第一控制变幅绳索、第二控制变幅绳索、第三控制变幅绳索和吊装绳索；其中所述第一桁架、第二桁架、第三桁架分别与所述臂架之间施加固定副、所述臂架与所述转台之间施加固定副；所述起重船处于非回转作业状态下，所述转台组件与所述转台支撑之间施加固定副，所述转台支撑与所述船体之间施加固定副；所述起重船处于非起吊重物状态下，所述吊装绳索与所述转台之间施加固定副；所述起重船处于非运动状态下，所述船体与地面之间施加固定副；仿真开始，计时直至设定的初始等待阶段结束，所述起重船虚拟样机进入起吊状态；根据起吊状态下的设定配载方案计算起重船的重心高度及回转半径；设定起重船的作业工况，根据所述作业工况进行水动力计算，确定时域分析的时间步长和模拟周期；在第一风入射角、第一浪入射角和第一流入射角条件下计算船体横摇运动响应和垂荡运动响应；在第二风入射角、第二浪入射角和第二流入射角条件下计算船体纵摇运动响应；选取船体代表自由度的运动响应并导入ADAMS中驱动仿真；起重船处于起吊重物状态，吊装绳索与转台之间施加平移副；设定至少一组重物起吊加速度和移动速度，计算重物起吊至设定高度的实际耗时；计算总耗时；建立第一驱动函数；其中，所述总耗时为初始等待阶段时长与实际耗时之和；起重船处于运动状态下，船体与地面之间施加旋转副，建立第二驱动函数；设定仿真步长，输出设定时段下第一控制变幅绳索张力值、第二控制变幅绳索张力值、第三控制变幅绳索张力值、吊装绳索张力值、转台支撑最大应力对应节点处应力值的时程变化曲线；其中所述设定时段为自初始等待阶段时长结束至重物起吊至设定高度时的总时长；对比起重船分别处于静止状态和运动状态时，设定时段下第一控制变幅绳索张力值、第二控制变幅绳索张力值、第三控制变幅绳索张力值、吊装绳索张力值、转台支撑最大应力对应节点处应力值的时程变化曲线，建立船体处于静止状态和运动状态下第一控制变幅绳索张力值、第二控制变幅绳索张力值、第三控制变幅绳索张力值、吊装绳索张力值、转台支撑最大应力对应节点处应力值的对应关系。