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《大连海事大学》 2008年
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单船中层拖网系统的建模与仿真

孙霄峰  
【摘要】: 随着现代渔业的发展,渔船操作模拟器将在渔业教学与培训、渔业海事测评、渔业船舶事故预防安全措施评估、渔业港口规划等方面发挥越来越重要的作用。为在渔船操作模拟器中进行单船中层拖网作业过程的动态仿真,本文提出了一种单船中层拖网系统数学模型的建模方法,开发了单船中层拖网系统的仿真程序,并实现了单船中层拖网作业过程的三维可视化,为渔船操作模拟器的研究与开发打下了一定的基础。本文在以下几个方面做了重点研究: 1.提出了一种单船中层拖网系统数学模型的建模方法,并通过场景管理软件OpenGVS(Open Generic Visual System)实现了单船中层拖网作业过程的三维可视化。在建模过程中,将单船中层拖网系统的数学模型分为渔船、拖网曳纲以及网具系统的数学模型,并通过边界条件实现了数学模型之间的耦合,从而可以进行单船中层拖网作业过程中收放网过程的动态仿真。论文的仿真结果验证了所提出建模方法的可行性。 2.改进了船舶缆绳张力的计算模型,充分考虑了缆绳的自重和非线性应变。若缆绳的应变满足虎克定律,利用悬链线方程和虎克定律推导出缆绳张力和无应力长度的对应关系,并采用试算法计算缆绳张力;否则,忽略缆绳的自重,通过由缆绳的应变曲线图拟合的多项式来计算缆绳张力。根据计算出的缆绳破断强度对缆绳张力是否超出安全负荷以及缆绳是否破断进行了判断。计算实例验证了模型的正确性和实用性。 3.基于船舶操纵性分离建模理论,采用荷兰船模试验水池B系列螺旋桨的敞水试验结果,利用Akima插值获得了不同类型的调距桨在不同螺距比下的四象限推力系数和扭矩系数,求得调距桨的推力和扭矩,建立了调距桨船舶的平面运动数学模型。模型充分考虑了风、流对船舶操纵的影响,可用于调距桨船舶常速域和低速域的操纵运动仿真。仿真研究表明:仿真结果同实船试验结果吻合,本文建立的模型是合理的,能够满足大型船舶操纵模拟器对船舶运动数学模型仿真精度的要求。 4.提出了一种网具系统模型的数值解法。利用同某一个质量点相连的其它质量点的已知位移代替其实际位移来求解该质量点所受到的弹性力,从而可进行每个质量点方程的单独求解,避免了直接求解巨大的非线性微分方程组,减少了计算时间。采用隐式Newmark-β方法以及牛顿迭代法对每一质量点的运动方程进行单独求解,增大了模型可稳定求解的时间步长。 5.利用有限差分法建立了拖网曳纲的三维水动力模型。通过欧拉角的转换关系获得了曳纲微元段矢量动力平衡方程在曳纲局部坐标系下的方程组形式;在建模过程中,将网板视为曳纲的尾部节点,根据达朗伯原理建立了网板的平衡方程,并将其作为曳纲模型的尾部边界条件。通过在时间和空间上对拖网曳纲平衡方程组进行中心差分以及首尾边界条件的处理,将该方程组转换为定解代数方程组,并采用牛顿迭代法求解。模型考虑了均匀流以及曳纲的收放速度对曳纲张力和形状的影响,能够用于拖网曳纲非定常运动的模拟。对有关文献提出的模型缆进行了仿真计算,并将仿真结果同该文献的计算结果进行间接比较,验证了模型的有效性。 6.利用集中质量法建立了网具系统的数学模型,将网具系统离散为通过无质量弹簧连接的质量点的集合,根据牛顿第二定律建立了质量点的动力学方程,并考虑了均匀流对网具系统运动的影响。分别对单一网片和中层拖网的运动进行了动态仿真,并将仿真结果同水池试验结果进行了比较,从而验证了模型的合理性。
【学位授予单位】:大连海事大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:S972.13

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【引证文献】
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1 陈英龙;拖网捕捞拖曳系统的建模及控制研究[D];浙江大学;2013年
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1 高帅;渔网的动态仿真及可视化研究[D];大连海事大学;2011年
2 刘鑫;航海模拟器视景中缆绳的绘制[D];大连海事大学;2011年
3 王敏法;金枪鱼围网网具数值模拟初步研究[D];上海海洋大学;2011年
4 吕振望;航海模拟器中小水线面双体船运动建模与仿真[D];大连海事大学;2010年
5 吴长林;航海模拟器中缆绳作业的仿真研究[D];大连海事大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周昭明;盛子寅;冯悟时;;多用途货船的操纵性预报计算[J];船舶工程;1983年06期
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【共引文献】
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8 孔庆福;曾凡明;吴雄学;吴家明;;基于纯虚拟的船舶轮机模拟训练系统[J];船舶工程;2009年S1期
9 王元战;路宽;;耙吸式挖泥船及耙头耦合运动数值模拟[J];船舶工程;2010年01期
10 管义锋;赵铁军;;深海石油平台支援船动力定位数学模型与仿真研究[J];船舶工程;2011年05期
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1 徐成伟;;人工鱼礁水动力场水槽试验研究[A];中国河道治理与生态修复技术专刊[C];2009年
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5 顾永亮;孙晓哲;;LIPS推进器控制系统[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(下)[C];2011年
6 许永久;张敏;邹晓荣;;捕捞竹荚鱼与狭鳕中层拖网其网具结构和作业性能对比分析[A];中国工程院第77场工程科技论坛·2008水产科技论坛——渔业现代化与可持续发展论文集[C];2008年
7 罗薇;边晓丽;邹早建;;船舶设计初始阶段的操纵性预报[A];2004年船舶与海洋工程学术研讨会论文集[C];2004年
8 崔维成;马岭;;潜水器设计中所要解决的水动力学问题[A];第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集[C];2009年
9 孙群;沈兴荣;;螺旋桨参数对空泡性能的影响研究[A];第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集[C];2009年
10 张圆;周爱军;;船舶动力定位系统低频运动模型的建立[A];'2000系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2000年
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1 周广利;三体船型阻力预报、优化与系列性试验分析研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 林治国;船舶电力推进系统的硬件在回路仿真[D];武汉理工大学;2011年
3 袁梦;深海浮式结构物系泊系统的非线性时域分析[D];上海交通大学;2011年
4 杨素军;船舶航行性能虚拟测试系统研究[D];中国舰船研究院;2011年
5 路宽;耙吸式挖泥船运动数值模拟与挖掘精度控制研究[D];天津大学;2012年
6 于影;舰船航行纵向补给对接技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
7 孟祥印;飞行甲板总布置设计中的若干问题研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 杨立平;舵桨联控式水下机器人容错控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 陈立家;海上多目标船智能避碰辅助决策研究[D];武汉理工大学;2011年
10 郑中义;船舶自动避碰决策系统的研究[D];大连海事大学;2000年
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1 赵杨;船舶适航性与操纵性自航模系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 孙凌丽;船舶运动的风浪影响建模与仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王允峰;船舶纵横摇和升沉运动预报方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王大治;单点锚泊系统动力学建模仿真与姿态控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 王丹丹;救助船相对受援船动力定位方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 刘伟明;波浪中船舶六自由度“操纵—摇荡”耦合运动数值仿真[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 朱碧春;大型舰船在补给过程中的操纵性[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 冯观;船舶疲劳强度虚拟测试方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 谢笑颖;环境最优船舶区域动力定位方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 龚晶;舰船瞬时线运动参数惯性测量技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
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2 周昭明;盛子寅;冯悟时;;多用途货船的操纵性预报计算[J];船舶工程;1983年06期
3 吴梵,陈志坚,刘巨斌,吕岩松;小水线面双体船在波浪中的水动力计算[J];船舶工程;2004年01期
4 林永屹;杜佳璐;牛杰;;基于Backstepping的船舶航向自适应鲁棒非线性控制器设计[J];船舶工程;2007年01期
5 李炜;王青;杨洋;;高速排水型双体船阻力估算的一种方法[J];船舶工程;2007年04期
6 罗文龙;王德才;孙玉萍;冯正超;;柔性物体实时可视化仿真[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2006年02期
7 宋来军,苏晓飞;浅谈我国机轮围网网具存在的主要问题及对策[J];水产科学;2003年06期
8 朱立新;梁振林;黄六一;赵芬芳;;Numerical Simulation of Dynamic Response of Supple Nets[J];China Ocean Engineering;2006年03期
9 包雄关;航海模拟器的功能[J];大连海事大学学报;2003年01期
10 侯建军,东昉,石爱国,尹建川;锚泊状态下锚链作用力的计算方法[J];大连海事大学学报;2005年04期
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1 孙霄峰;尹勇;张秀凤;;基于物理模型的渔网动态模拟与可视化研究[A];中国计算机图形学进展2008--第七届中国计算机图形学大会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 宋伟华;网衣波浪水动力学研究[D];中国海洋大学;2006年
2 鲍春波;生物软组织建模仿真方法研究[D];大连理工大学;2008年
3 陈龙;三维服装柔性参数化设计方法及技术研究[D];浙江大学;2008年
4 任鸿翔;航海模拟器中基于GPU的海洋场景真实感绘制[D];大连海事大学;2009年
5 吕新荣;基于CTA影像的血管可视化技术研究[D];西安电子科技大学;2009年
6 周川;布料动画关键技术研究[D];浙江大学;2009年
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1 丁俐;集装箱装卸模拟器中虚拟交互方式的实用化研究[D];大连海事大学;2011年
2 高帅;渔网的动态仿真及可视化研究[D];大连海事大学;2011年
3 刘鑫;航海模拟器视景中缆绳的绘制[D];大连海事大学;2011年
4 刘斯云;航海模拟器视景系统中自主拖轮运动规划算法及实现的研究[D];大连海事大学;2001年
5 滕英祥;船舶在风浪中的操纵运动仿真[D];大连海事大学;2004年
6 李万超;船舶操纵模拟器中拖轮子系统的研究[D];大连海事大学;2004年
7 刘波;船舶电力推进及船机桨工况配合[D];武汉理工大学;2005年
8 田艺;基于数据手套的双手手势交互[D];浙江大学;2006年
9 王文涛;基于虚拟手的人机交互技术研究[D];华中科技大学;2005年
10 张俊杰;基于数据手套的机械手控制系统开发研究[D];华中科技大学;2005年
【二级引证文献】
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1 王雪刚;邹早建;张伟;常赫斌;;小水线面双体船操纵性预报研究[J];舰船科学技术;2012年S2期
2 杨文林;王建红;;某型船艉板线型结构的设计改进[J];船海工程;2013年03期
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1 吴长林;航海模拟器中缆绳作业的仿真研究[D];大连海事大学;2012年
2 李秀鹏;水翼双体船回转/横倾运动控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
3 赵士涛;船舶系离泊操纵中缆绳作业过程的仿真[D];大连海事大学;2013年
4 宋金威;拖网渔船液压系统研究[D];浙江大学;2014年
【二级参考文献】
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1 范尚雍;彭英声;;非线性船舶操纵性计算[J];船舶工程;1982年05期
2 朱军,刘军,邓志纯;潜艇双拖系统运动仿真研究[J];船舶力学;2003年05期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 杨盐生;不确定系统的鲁棒控制及其在船舶运动控制中的应用[D];大连海事大学;2000年
2 尹勇;分布式航海仿真系统中视景实时生成算法的研究[D];大连海事大学;2001年
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2 杨吝;;荷兰设计一顶网口周长1840m的拖网[J];现代渔业信息;1991年09期
3 郑雅友;戴天元;吴再树;郑国富;姚桂祥;郭献盛;林太明;;332×800mm中层拖网实船测试报告[J];福建水产;1992年01期
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1 南水;“南锋”号处子秀返航[N];中国渔业报;2010年
2 记者 甘丰录;我国亟须建造现代化远洋渔业调查船[N];中国船舶报;2011年
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1 陈英龙;拖网捕捞拖曳系统的建模及控制研究[D];浙江大学;2013年
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1 徐国栋;南极磷虾拖网设计与性能分析[D];上海海洋大学;2011年
2 李莹春;环境因子对南极半岛北部南极磷虾渔场时空分布影响研究[D];上海海洋大学;2012年
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