一种用于模拟起重船吊放物体入水的仿真方法及系统技术方案

本公开提出了一种用于模拟起重船吊放物体入水的仿真方法及系统，方法包括如下步骤：根据获取的水池参数以及物体的参数，构建包括水池模型和物体模型的入水分析模型；根据预设网格参数对入水分析模型进行网格划分，形成入水分析仿真环境；在仿真环境中，根据获取的仿真环境参数、物体吊放轨迹仿真物体模型在水池模型下落，通过刚体运动求解器约束速度与位移的更新，模拟起重船吊放物体入水过程，得到入水的自由面分布与压力分布。可以更准确的模拟起重船吊放物体入水过程，计算出圆柱入水时出现空腔的变化，并且分析空腔对物体受力产生的影响。基于此模型的研究可以为起重机控制系统的设计提供数据指导。的设计提供数据指导。的设计提供数据指导。

【技术实现步骤摘要】
一种用于模拟起重船吊放物体入水的仿真方法及系统


[0001]本公开涉及物体入水分析相关
，具体的说，是涉及一种用于模拟起重船吊放物体入水的仿真方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，并不必然构成在先技术。
[0003]在海况恶劣的情况下，将货物安全、平稳吊放入海水中进行工程的建设是海洋工程中一个极其重要的问题。在负载穿过浪溅区的过程中会受到很大的水动力作用，使得负载晃动增加与船体碰撞的风险，并且空腔的存在会使得缆绳的受力突然增加，增大了缆绳断裂的风险。这些都给设计深海起重机的控制系统带来了很大的挑战，所以，在设计起重机控制系统之前，急需提出一个合理的模型对物体自由落体入波过程进行分析。
[0004]专利技术人发现，现有的分析方法，采用物理实体耗费高，而且数据会受到各种外部限制因素的影响，并且OpenFOAM自带运动求解器只能求解简单的六自由度物体运动，不能仿真负载从起重船吊起在空中固定，在缆绳约束下匀速下放接着自由落体入水的过程，不能为深海起重机的控制系统的设计提供准确数据。

技术实现思路

[0005]本公开为了解决上述问题，提出了一种用于模拟起重船吊放物体入水的仿真方法及系统，能够仿真起重机吊放物体自由落体进入波浪的过程，能够仿真物体被起重机吊放入波浪过程中的受力变化与自由液面的分布状况。
[0006]为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
[0007]一个或多个实施例提供了一种用于模拟起重船吊放物体入水的仿真方法，包括如下步骤：
[0008]根据获取的水池参数以及物体的参数，构建包括水池模型和物体模型的入水分析模型；
[0009]根据预设网格参数对入水分析模型进行网格划分，形成入水分析仿真环境；
[0010]在仿真环境中，根据获取的仿真环境参数、物体吊放轨迹仿真物体模型在水池模型下落，通过刚体运动求解器约束速度与位移的更新，模拟起重船吊放物体入水过程，得到入水的自由面分布与压力分布。
[0011]一个或多个实施例提供了一种用于模拟起重船吊放物体入水的仿真系统，包括：
[0012]构建模块，被配置为用于根据获取的水池参数以及物体的参数，构建包括水池模型和物体模型的入水分析模型；
[0013]网格划分模块，被配置为用于根据预设网格参数对入水分析模型进行网格划分，形成入水分析仿真环境；
[0014]仿真执行模块，被配置为用于在仿真环境中，根据获取的仿真环境参数、物体吊放
轨迹仿真物体模型在水池模型下落，通过刚体运动求解器约束速度与位移的更新，模拟起重船吊放物体入水过程，得到入水的自由面分布与压力分布。
[0015]一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述的方法所述的步骤。
[0016]一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述的方法所述的步骤。
[0017]与现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0018]本公开提出的方法，以及根据起重船吊放物体入水过程约束速度和位移更新的求解器，可以更准确的模拟起重船吊放物体入水过程，计算出圆柱入水时出现空腔的变化，并且分析空腔对物体受力产生的影响。基于此模型的研究可以为起重机控制系统的设计提供数据指导。
[0019]本公开的优点以及附加方面的优点将在下面的具体实施例中进行详细说明。
附图说明
[0020]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。
[0021]图1是本公开实施例1的方法流程图；
[0022]图2是本公开实施例1的入水分析模型；
[0023]图3是本公开实施例1的模型网格分布示意图；
[0024]图4(a)是本公开实施例1的子网格的网格分布；
[0025]图4(b)是本公开实施例1的利用入水分析模型得到的圆柱入水时的自由液面与实验数据得到的自由液面对比；
[0026]图5(a)是本公开实施例1的仿真实验中圆柱受到的竖直力随入水时间的变化；
[0027]图5(b)是本公开实施例1的仿真实验中圆柱受到的水平力随入水时间的变化；
[0028]图6是本公开实施例1的仿真实验中圆柱入水过程的自由液面分布；
[0029]图7是本公开实施例1的仿真实验中圆柱表面的压力分布；
[0030]图8是本公开实施例1的仿真实验中波浪入水位置；
[0031]图9(a)是本公开实施例1的仿真实验中圆柱在不同波浪位置入水的竖直力变化；
[0032]图9(b)是本公开实施例1的仿真实验中圆柱在不同波浪位置入水的水平力变化。
具体实施方式：
[0033]下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
[0034]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0035]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突
的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。
[0036]实施例1
[0037]在一个或多个实施方式公开的技术方案中，如图1所示，一种用于模拟起重船吊放物体入水的仿真方法，包括如下步骤：
[0038]步骤1、根据获取的水池参数以及物体的参数，构建包括水池模型和物体模型的入水分析模型；
[0039]步骤2、根据预设网格参数对入水分析模型进行网格划分，形成入水分析仿真环境；
[0040]步骤3、在仿真环境中，根据获取的仿真环境参数、物体吊放轨迹仿真物体模型在水池模型下落，通过刚体运动求解器约束速度与位移的更新，模拟起重船吊放物体入水过程，得到入水的自由面分布与压力分布。
[0041]本实施例得到的仿真结果可以用于分析起重机吊放负载入水时，负载的受力分析，以便于为起重机控制系统选择合适入水速度和入水时机。一些特殊现象如空腔造成的急剧的水动力变化也会为起重机控制系统的设计提供指导。
[0042]本实施例中提出的方法，以及根据起重船吊放物体入水过程约束速度和位移更新的求解器，可以更准确的模拟起重船吊放物体入水过程，计算出圆柱入水时出现空腔的变化，并且分析空腔对物体受力产生的影响。基于此模型的研究可以为起重机控制系统的设计提供数据指导。
[0043]可选的，水池参数包括水池形状、尺寸，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于模拟起重船吊放物体入水的仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：根据获取的水池参数以及物体的参数，构建包括水池模型和物体模型的入水分析模型；根据预设网格参数对入水分析模型进行网格划分，形成入水分析仿真环境；在仿真环境中，根据获取的仿真环境参数、物体吊放轨迹仿真物体模型在水池模型下落，通过刚体运动求解器约束速度与位移的更新，模拟起重船吊放物体入水过程，得到入水的自由面分布与压力分布。2.如权利要求1所述的一种用于模拟起重船吊放物体入水的仿真方法，其特征在于：水池模型分区设置，包括波浪生成区和撞击区，波浪生成区被配置为生成模拟波浪，撞击区为物体模型入水区域。3.如权利要求2所述的一种用于模拟起重船吊放物体入水的仿真方法，其特征在于：波浪生成区相对撞击区的侧面设置造波边界；或者，波浪生成区采用主动消波方法，通过造波边界产生与反射波相反的波浪来抵消反射波的影响；或者，入水分析模型中建立两组坐标系，分别是世界坐标系和体坐标系，世界坐标系放置在水池模型的底部位置，用于描述物体的运动位移；另一个体坐标系跟随入水物体运动，放置在物体表面中心位置。4.如权利要求1所述的一种用于模拟起重船吊放物体入水的仿真方法，其特征在于：刚体运动求解器约束速度与位移的更新，按照起重船将物体固定在空中、匀速下降与自由落体穿过浪溅区的过程分别进行速度与位移的更新控制。5.如权利要求1所述的一种用于模拟起重船吊放物体入水的仿真方法，其特征在于：刚体运动求解器约束速度与位移的更新，具体约束如下：物体在空中保持静止过程中，运动求解器不更新物体位移与速度信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：马昕，王凯，李贻斌，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：