[发明专利]一种船舶靠离泊过程中系缆作业仿真的方法

权利要求书

1.一种船舶靠离泊过程中系缆作业仿真的方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤一：建立悬链线模型：

在缆绳两端固定于O、Q两点，O点为船舶导缆孔处，Q点为码头缆桩，以O点为原点建立坐标系，l和h分别为悬链部分在水平和垂直方向上的投影长度，缆绳上每一点相对于O点的非延伸坐标用s表示，而拉伸后缆绳上相对于原点的坐标用p表示，考虑缆绳自重荷载集度随缆绳应变而变化，从缆绳微元力学平衡关系出发，建立更符合实际的缆绳悬链线模型，任取缆绳上的微元dx

由静力平衡关系得

式中：H、V分别为导缆孔处缆绳所受外力的水平和垂直分力；B、W分别为缆绳微元自身受到的浮力和重力；L为缆绳长度，根据虎克定律，

式中：E是缆绳的杨氏模量，A为缆绳的横截面积，又结合缆绳的几何约束条件，

可得缆绳的张力:

式中T(s)为缆绳张力，定义缆绳支撑点的边界条件为

其中，L_s是缆绳拉伸后的长度，结合式(4)～(6)，并对dx和dz积分，得到s＝0到s的函数x(s)和z(s)表达式：

将边界条件(6)和式(7)、(8)相结合，可以得到Q点到O点的缆绳水平距离l和垂直距离h：

步骤二：建立缠绕模型；

将柔性缆绳在滚筒上时，采用分段的方法将缆绳缠绕在滚筒上，动态地给出缆绳节点位置，使滚筒上的缆绳跟随滚筒一起运动，缆绳在滚筒上的分布符合圆柱螺旋线规律，基于圆柱螺旋线的原理计算在滚筒上的缆绳节点的位置，

其中：(X(θ),Y(θ),Z(θ))为绕滚筒旋转θ角度后的节点位置；(X₀,Y₀,Z₀)为计算起始点；R为滚筒半径；r为缆绳半径；θ为该节点的旋转角度；

当缆绳到达滚筒边界时，需要调整滚筒半径R的大小，以增减螺旋线的半径，滚筒半径R的调整公式为

建立缆机的三维模型放置在三维场景，并设置好缆机滚筒大小、缆绳半径。

2.根据权利要求1所述的一种船舶靠离泊过程中系缆作业仿真的方法，其特征在于，所述的步骤一和步骤二在系统仿真时，根据缆绳是否在滚筒上，分别建立两种模型，缆绳总长度不变。

3.根据权利要求1所述的一种船舶靠离泊过程中系缆作业仿真的方法，其特征在于，所述的步骤一和步骤二应用于步骤三的碰撞处理中，包括；

对船舷和码头之间的缆绳的距离进行处理，将缆绳和码头投影到水平面，在水平面内判断两者是否相交，p₃p₄和p₁p₂分别为缆绳和码头在XOZ平面的投影；

若要判断缆绳和码头是否碰撞，先要判断缆绳与码头在XOZ平面上的投影是否相交，即检测p₃p₄和p₁p₂是否相交，当p₃p₄和p₁p₂同时满足

时，即可判断和相交即

接着再比较两者的高度，若两者在水平面内投影相交且缆绳高度小于码头高度，则可判定缆绳与码头发生碰撞，否则就认为没有发生碰撞；

码头内的缆绳只要判断缆绳的高度是否大于码头高度加上缆绳半径，对于缆绳X₁X₂和节点p_i，计算节点p_i到圆柱体中心的最短距离d；

如果d小于圆柱体半径r，就可认为二者发生了碰撞，否则不发生碰撞，如果缆绳X₁X₂和节点p_i发生碰撞，就将节点沿op_i方向移动一定的距离，使二者不再碰撞。

4.根据权利要求3所述的一种船舶靠离泊过程中系缆作业仿真的方法，其特征在于，所述的步骤三中具体做法如下，假设节点p_i到圆柱体中心距离最近时所对应的点为o，那么o指向节点p_i的单位向量

然后对节点p_i的位置做如下调整：

其中D为需要调整的距离，其计算公式如下：

D＝r-d(15)

式中，d为节点p_i到圆柱体中心的最短距离，即d＝|op_i|。