《規則波激勵下深潛器-纜索系統非光滑邊界碰撞行為研究》是依託上海交通大學，由姚寶恆擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：規則波激勵下深潛器-纜索系統非光滑邊界碰撞行為研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：姚寶恆
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以海洋工程和非線性動力學的交叉學科領域為突破點，從海洋工程和重大深海裝備業的工程需求出發，從深潛器系統這樣一個剛-柔-液相互耦合的複雜多體系統中提煉出了規則波激勵下深潛器-纜索系統非光滑邊界碰撞行為這一新的研究課題。通過建立適用於具有局部低張力和零張力區的深潛器-纜索系統動力學方程和求解方法，對深潛器-纜索系統張弛交替工況下由剛度非連續變化引起的邊界碰撞行為進行全局動力學分析，探索其出現非光滑邊界碰撞行為的參數空間、複雜分岔行為及通向混沌的途徑，並深入分析非光滑邊界碰撞行為對系統安全性的影響。課題拓寬了非光滑動力系統理論在海洋工程中的研究領域，推動了非光滑動力系統理論在重大工程中套用研究的發展，同時在海洋工程這一特定學科領域開展相關研究，有助於深入了解非光滑動力學機理和共性問題，揭示新的非光滑現象，從而推動非光滑動力系統新理論和方法的發展。
結題摘要
本課題從理論建模、數值仿真和實驗研究角度對在波浪激勵下的深海潛水器-纜索系統耦合動力學行為進行了研究。首先，在深海遙控潛水器（Remotely Operated Vehicle，ROV）纜索系統理論研究方面，基於歐拉-伯努利梁(Euler-Bernoulli beam)理論推導出了纜索的二維動力學方程,將彎曲剛度考慮在內，從而使其不但能夠分析傳統意義上的大張力纜索動力學問題,也能分析低張力情況下纜索動力學問題。考慮到ROV纜索系統在水下運動的複雜受力形態,這樣的處理使其更接近於工程實際。對所建立的強耦合的、非線性的纜索運動方程,採用具有二階精度的、無條件穩定的隱式中心差分法對其進行數值離散,對離散後的非線性的代數方程組利用具有二次收斂速度的Newton-Raphson疊代法進行求解，並進一步分析了中心差分數值計算方法的穩定性。在水下纜索的形態和動力學計算中可以同時得到包括纜索的暫態形態、受力和最終穩態形態的變化規律。由於計算程式的通用性和靈活性，可以廣泛套用於各類水下潛器系統、多級拖體系統的動力學計算。例如：拖曳陣列聲納系統(TASS)的回響問題、更為一般的自由拖纜動力學問題、纜索與水下機器人系統的耦合動力學問題。其次，在ROV-纜索系統耦合動力學理論研究中，考慮到越來越多的深海遙控操作潛水器系統配備了升沉補償系統，本研究中建立了帶升沉補償功能的深潛器-纜索系統動力學模型，並編寫了帶升沉補償功能的深潛器-纜索系統動力學行為計算程式，並全面分析了海況參數、纜索長度、ROV本體質量、升沉補償器氣液彈簧特性對深潛器-纜索系統動力學行為的影響，特別是分析了由於纜索系統非連續剛度變化產生的非光滑邊界碰撞條件和非線性動力學行為，並進一步推導出了深海ROV系統固有頻率的近似解析計算公式。最後，在ROV-纜索系統動力學實驗研究中，開展了帶升沉補償功能的深潛器-纜索系統動力學行為實驗研究，得到了第一手的實驗數據，相關工作對於豐富人們對深水ROV系統力學行為認識、設計合理的升沉補償系統具有重要的參考意義。
