[发明专利]一种船舶靠离泊过程中系缆作业仿真的方法

说明书

一种船舶靠离泊过程中系缆作业仿真的方法，通过缆绳在滚筒上的缠绕算法和滚筒外的弹性悬链线模型，分两段建立相应的仿真模型，对于缆机滚筒上的缆绳利用螺旋线原理，通过建立缆绳的缠绕算法模型计算出缆绳在滚筒上的收放速度，以实现缆绳滚筒外的缆绳与滚筒上的缆绳同步，对于滚筒外的缆绳根据悬链线模型计算出缆绳在不同工况下的缆绳形状及端点处的受力，同时实现了对缆绳破断的预报分析，验证了本文提出的缆绳模型的正确性和实用性。将这两种模型应用到船舶系缆作业仿真中，具有仿真效果逼真，实时性好的特点。

技术领域

本发明涉及系缆作业技术领域，特别涉及一种船舶靠离泊过程中系缆作业 仿真的方法。

背景技术

系缆作业是船舶靠离泊操纵重要组成部分，一般来说，船舶靠泊过程中系 缆作业包括备缆、出缆、松缆、上桩、收缆、挽缆、调整，直至最后挽牢。在 这一过程中，缆绳受力十分复杂，缆绳姿态反复呈现为曲线、直线状态。在船 舶进行系缆作业时，精确、有效的计算缆绳张力，对指导实际系缆作业过程， 研究带缆后船舶运动规律，增强船舶操纵运动模拟的逼真度有重要意义。现有 技术中的研究都是针对船与船、船与岸之间的连接部分，并没涉及缆绳与绞缆 滚筒交互模拟。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种船舶靠离泊过 程中系缆作业仿真的方法，通过缆绳在滚筒上的缠绕算法和滚筒外的弹性悬链 线模型，将这两种模型应用到船舶系缆作业仿真中，具有仿真效果逼真，实时 性好的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种船舶靠离泊过程中系缆作业仿真的方法，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d_s

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：

从而得到各节点的坐标x(s)、z(s)；

步骤二：建立缠绕模型；