半潜驳船和浮船坞预配仿真与实时配载关键技术及软件实现

摘要

随着现代造船技术的进步，使用半潜驳船或浮船坞(本文统称驳船)进行大型船舶与海洋工程结构物(本文统称产品)整体或分段滑道拖拉滑移下水作业已经成为一种高效的造船方式。这种下水方式的关键是在作业过程中驳船的浮态调整，使甲板滑道与码头滑道始终保持平齐。浮态调整的实质是配载，即随着潮位的变化和产品不断进入，调整压载水。目前国内对滑道拖拉滑移下水作业的驳船配载研究比较少，缺少提供驳船使用的配载系统，因此研发一套适用于这种下水方式的配载系统很有必要。
　　 本文分析了驳船接载产品的配载力学原理，建立了配载的力学模型。根据下水作业实际要求，提出了保证安全作业的性能指标和约束条件。并在此基础上，提出了三种配载算法，即K系数方程组法、基于载荷曲线的配载强度控制算法和基于内点法的配载优化算法。
　　 K系数方程组法和基于载荷曲线的配载强度控制算法通过引入“调载能力比系数”等K系数将配载的不定方程组转化为可求解的恰定方程组，同时还实现了“每次调载方案排注水越少越好，存水量少的压载舱多注水，存水量多的压载舱多排水”的实际作业要求，并直接从每次配载前的载荷分布曲线出发，获得有利于总纵强度的配载方案。基于内点法的配载优化算法结合工程实际将配载的非线性规划问题转化为线性规划问题，采用原始.对偶路径跟踪法优化线性规划问题。实际计算表明，本文提出的配载优化算法不仅可以快速得到优化方案，而且方案符合配载实际要求。
　　 本文在K系数方程组法和基于载荷曲线的配载强度控制算法基础上研究了预配仿真和实际下水配载问题。预配仿真数学模型，为实际配载提供理论支持，其中预配可行性预报方法，为下水作业的决策者提供决策依据，同时减少了预配仿真计算的工作量。实际下水配载模型，通过合理建模，提出浮差法尽可能消除了变动重量等引起的误差。其中“小范围等误差修正潮高预报法”对配载目标潮高进行预报，实例分析表明，本方法在其适用范围内具有相当高的预报准确性。传感器采集数据的滑动平均滤波法减少了传感器数据的波动。
　　 根据本文提出的算法和数学模型，开发了BALANCE配载软件系统。本系统应三家实际造船企业已经研发了三个版本，并且获得了实际应用，是目前国内用于驳船接载配载，技术最为成熟，功能最为完善的配载软件系统。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 论文选题背景及意义

1.2 配载技术的研究现状

1.3 产品下水方法综述

1.3.1 重力式下水

1.3.2 漂浮式下水

1.3.3 机械式下水

1.4 论文研究的主要内容

1.5 论文各章内容概要

2 驳船性能计算与安全性能指标

2.1 驳船性能计算理论

2.1.1 坐标系定义

2.1.2 驳船重量重心计算

2.1.3 驳船浮态和稳性计算

2.1.3 驳船剪力和弯矩计算

2.2 配载系统安全性能指标

2.2.1 稳性指标

2.2.2 浮态指标

2.2.1 强度指标

3 配载算法研究

3.1 K系数方程组法

3.1.1 调载的力学简化

3.1.2 K系数方程组法计算步骤

3.1.3 算法验证

3.2 基于载荷曲线的配载强度控制算法

3.2.1 载荷曲线控制

3.2.2 配载算法模型

3.2.3 算法验证

3.3 基于内点法的配载优化算法

3.3.1 配载线性规划模型

3.3.2 内点法

3.3.3 算法验证

4 预配载仿真模型

4.1 预配载数学模型

4.1.1 潮位曲线数学模型

4.1.2 吃水数学模型

4.1.3 进入长度数学模型

4.1.4 滑道高差数学模型

4.2 作业可行性预报

4.3 预配载仿真实现

4.3.1 正常预配作业仿真

4.3.2 暂停预配作业仿真

4.3.3 连续方案预配作业仿真

5 下水作业配载模型

5.1 下水作业配载潮位预测

5.1.1 小范围等误差修正潮高预报法

5.2 传感数据滑动平均法

5.2.1 滑动平均法的基本原理

5.2.2 滑动平均法的数据处理

5.3 下水作业配载数学模型

6 配载软件实现

6.1 软件开发方法

6.2 配载软件需求分析

6.2.1 用户需求

6.2.2 系统需求

6.3 配载软件设计

6.3.1 工程管理子系统

6.3.2 信息查询显示子系统

6.3.3 预配仿真子系统

6.3.4 下水操作子系统

7 配载实例

7.1 9000 t矩形载荷分布产品配载计算

7.2 92500 DWT散货船配载计算

7.3 SUPER M2自升式海洋平台配载计算

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间参加科研项目情况

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢