[发明专利]基于分段外推策略的锚泊系统动态响应估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种锚泊定位方法。

背景技术

锚泊定位(Mooring positiong)可以说是最早产生的定位方式，属于被动式定位结构，与其他定位方式不同，主要基于系泊线所提供的反向张力来抵消环境作用力，从而限制平台的漂移。锚泊系统具有造价低廉、结构简单、安全性强等特点。考虑到该系统在成本与性能上的相对优势，海洋作业平台中仍将其作为主要技术支持。但随着水深的增加，布链方式以及运营维护的复杂度也会增大，加上锚链材质与定位技术的改进，锚泊系统的配置也呈现出更加多元化的形态，因此需要对整个系泊系统进行详细的运动分析才能确保浮式平台作业的平稳。对其展开深入研究的内容主要集中在两方面：(1)维持平台运动状态的锚索恢复力与力矩；(2)环境载荷作用下锚泊系统的运动响应。重点需分析平衡状态下的锚链形状及张力分布，即浮式结构物的位移与张力间的关系。在锚泊系统的设计阶段，为使计算过程简化，最常用的方法是基于静力计算推导出系泊线的动态响应。这种设计方案已被众多实践操纵所证明，且仍广泛地在海事工程应用。但目前许多高校、科研单位对锚泊系统的动静态分析均采用大型有限元软件进行计算，如ABAQUS、ANSYS、PATRAN等，它们都将复杂的非线性特性与综合的多学科理论融合其中，并不能适用于快速而简便的工程应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够快速进行锚泊线动态响应运动的分析，以使锚泊定位系统能够在研究模拟中得到便捷的操作应用的基于分段外推策略的锚泊系统动态响应估计方法。

本发明的目的是这样实现的：

包括传感器检测单元1、输入参数存储器5、垂向张力计算模块8、锚链分段计算模块11、精度比较器12、船位偏移计算模块18、数值拟合器19，

传感器检测单元1通过水深测量仪2测量海水深度H、长度测量仪3测量锚泊线总长S、张力传感器4实时检测锚泊线顶端拉力T，还通过传感器16采集船舶坐标信息的位置；

输入参数存储器5用于存储锚链属性，主要包括垂向跨距计算精度δ、锚链底端与海床夹角α；

垂向张力计算模块8，首先通过触地点求解器6计算出当前锚链触地分段，若存在、即b_t≠0，则将结果输送给锚链处理单元9，若不存在、即b_t＝0，则渐增垂向锚力计算器7中的锚链夹角α，使锚爪垂向力产生数值R；

锚链分段计算模块11根据垂向张力计算模块8的结果、联合静态特征量求解器10，对各分段单元进行两端竖向张力U_i、L_i；横向跨距x_i；垂向跨距z_i这些特征量的计算，并将前段锚链端点作为下一段单元起点递推求解；

精度比较器12，将水深H与锚泊线总的垂向跨距∑z_i之间形成的偏差|H-∑z_i|与计算精度δ相比较，偏差若小于δ，则直接将水平位移与张力传递非数值拟合器19，偏差若大于δ，则重新对垂向张力计算模块5进行求解；

船位偏移计算模块18，通过水平位移处理器17处理位置传感器16给出的纵向、横向位移；

数值拟合器19采用三次样条插值对实时变化的船位水平偏移量18进行动态张力求解。

本发明的所述的垂向张力计算模块8包括两部分，触地点求解器6和垂向锚力计算器7。当b_t＝0时，需要将锚链底端与海床的夹角从0变为α，以考虑进锚对锚链的垂向作用力R，增量α的取值要足够小，太大易造成精度条件的溢出。

锚链分段计算模块18包括锚链处理单元9和静态特征量求解器10。其中对于锚链单元长度ΔS的划分越小计算结果越严谨，但过小又会导致计算时耗长。

所述的精度比较器12中垂向计算精度δ的选取需要设置合理，一般选为δ＝H/1000。

锚链处理单元9中的长度划分ΔS和精度比较器12中的精度设置δ两者应满足ΔS＜2δ，否则会引起程序计算出错。