耙吸式挖泥船疏浚管线力学特性的研究

摘要

随着人类对海洋开发的不断深入和区域扩展,海洋资源的合理利用得到更有效的发挥。耙吸式挖泥船因其良好的疏浚性能,在疏浚业得到了广泛青睐。耙吸式挖泥船在海洋疏浚作业时,受到风、浪、流、艏喷反推力、耙头受海床摩擦力等因素影响,直接影响到挖泥船动力定位系统的控制精度与稳定性。
　　本课题以中交疏浚技术重点实验室开放基金项目为依托,以某大型耙吸式挖泥船为研究背景,以影响挖泥船动力定位的因素:风、浪、流、耙头摩擦力、艏喷反推力为研究对象。论文研究具有工程应用价值,具体研究内容如下:
　　针对环境干扰因素中的风、浪、流问题,依据特性,建立风、浪、流数学模型,通过实船采集数据对其进行仿真研究,分析了环境干扰因素的特点,同时为耙头摩擦力问题、艏喷反推力问题的研究提供了模型参数。
　　针对挖泥船耙头与海床摩擦力系数问题,考虑耙吸管系统在非静态环境中受到环境扰动等多体力学运动行为因素,通过三维状态空间建立耙吸管结构受力数学模型,分析了在挖泥过程中耙头剪切力大小和波浪补偿器的模型计算。同时给出了耙头定位能力系统模型,利用最小二乘法辨识对数学模型计算出来的摩擦系数进行处理,为判断挖泥过程中耙头实际工作状况以及耙头受海床作用摩擦系数问题的研究提供了一个分析平台。
　　针对耙吸式挖泥船定点艏喷产生的艏喷反推力的大小问题,以离心泵出口到艏喷闸阀之间的管线特性作为研究对象,重点分析离心泵的特性、艏喷时泥水混合物阻力、单泵及双泵串联的工作特点、主推进器推力计算等。讨论了艏喷口泥水混合物速度大小以及原动机特性等问题,建立了艏喷反推力数学模型,通过仿真实验验证艏喷反推力模型的可行性。研究表明:所建立的艏喷反推力数学模型能够较好的反映耙吸式挖泥船艏喷反推力的大小,艏喷定位得到了有效的控制。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及其意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 本课题研究内容

第2章 环境对船舶运动影响及船舶运动模型

2.1引言

2.2 耙吸式挖泥船受力分类

2.3 挖泥船的主要参数

2.4 环境对船舶运动的影响

2.5 耙吸式挖泥船运动模型

2.6 本章小结

第3章 系统辨识在挖泥船耙头摩擦系数分析中的应用

3.1 引言

3.2 最小二乘法理论

3.3 挖泥船耙头摩擦力系数辨识

3.4 本章小结

第4章 挖泥船耙吸管系统及耙头摩擦力系数估计

4.1 引言

4.2 耙吸管系统结构组成

4.3 耙吸管系统模型

4.4 耙头定位能力分析

4.5 耙头摩擦力系数仿真

4.6 本章小结

第5章 耙吸式挖泥船艏喷反推力模型

5.1引言

5.2挖泥船泥泵-管线的动力学特性

5.3离心式泥泵特性分析

5.4 疏浚管道阻力计算数学模型

5.5 原动机特性

5.6 泥水混合物密度、速度模型

5.7 艏喷反推力模型

5.8 主推进器模型

5.9 艏喷反推力仿真研究

5.10 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文及科研成果

致谢