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“白龙”浮标标体设计及动力学分析
| 论文题名： | “白龙”浮标标体设计及动力学分析 |
| 关键词： | 深海资料浮标;标体设计;水动力学;仿真分析;阻尼系数 |
| 摘要： | 小型深海资料浮标作为一种海洋观测平台,是人们认识海洋、探究海洋和开发海洋的必备工具,在海洋经济建设中发挥着巨大作用。由于浮标在深海环境下受到风、浪、流作用的情况复杂,对其标体及系泊系统的设计不仅要考虑所搭载设备的质量、结构等因素,而且需要通过计算、仿真等手段分析其动力学性能。 本文以孟加拉湾安达曼海3000m水深的小型深海资料浮标-“白龙”为研究对象,通过浮标设计、仿真分析及实验测试等手段,完成一款性能较为理想的深海浮标的研制工作。 作者在查阅大量文献资料的基础上确定了“白龙”浮标实际工作海况,从而设计了以数据采集系统、数据通讯系统、电源系统及控制系统为代表的标体各有效载荷方案。根据类半球形、类圆锥形、圆柱形标体的水动性能差异,确定标体为类半球形结构,进而完成标体上其他各部件的设计工作。通过有限元静力学计算表明,标体在稳距、大倾角稳性、和静稳性角等方面均表现良好;而动力学分析结果显示:浮标垂荡频率为3.15rad/s,横摇频率为2.99rad/s,很好地避开了海洋谱主能频率范围。依据浮标布放及回收中的特殊要求,设计了单点定锚的绷紧式系泊方案。 文中选用ANSYS的AQWA模块对浮标结构进行水动力学分析。仿真分析结果表明: (1)浮标受到的一阶波浪力幅值较小,处于锚系许用应力范围内; (2)横摇和垂荡方向的附加质量系数与阻尼系数曲线在合理范围内; (3)200s运动仿真下,浮标由二阶波浪力引起的慢漂位移较小; (4)浮标在JONSWAP海浪谱下RAO响应较小,据此推得浮标固有频率为3.2rad/s,且浮标在JONSWAP海浪谱下位移响应较小。 最后,作者对所研制的“白龙”浮标样机进行了装调及近海测试,并成功布放到3000m水深站位。处理分析浮标测得的大量数据后发现,“白龙”各系统和标体结构总体满足实际工作需求,但仍有部分细节需要改善,为此,提出了进一步研究浮标结构力学性能的改进方法。 本文对“白龙”浮标所做的设计计算、仿真分析及实验验证成果对研究小型深海资料浮标具有参考价值,也为在实际工程中研发其他浮标积累了经验。 |
| 作者： | 孙辰 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 陈志平;宁春林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 杭州电子科技大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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