海上作业及运动仿真

课程概述

本课程针对海洋油气资源、海洋渔业资源和海上风电等多种海洋资源的安装和运维过程，着重介绍其中涉及到的多种海上作业形式及其核心海洋装备，包括吊装、拖航、铺管、动力定位系统、锚泊系统、减摇水仓、升沉补偿系统、海底作业、海底采矿、极地作业等；通过讲解海上作业过程中涉及到的多体动力学的相关知识，掌握多种海洋工程装备的建模和仿真方法，包括刚体运动学、多体动力学、拉格朗日力学等；了解可作业性的分析和评估方法，及短期和长期的现场作业规划方法，并可以进行简单的作业规划计算。

授课教师

• 任政儒

课程目标

• 帮助学生认识多种海上作业形式，理解其中关键技术挑战和核心科学问题
• 强化刚体运动学、多体动力学、海上作业分析方法等共性理论深度
• 培养学生处理实际工程问题的能力
• 提供海洋工程装备建模和仿真方法的全面理解

课程内容

1. 海上作业基本介绍（1学时）

• 海洋资源开发概述
• 海上作业分类
• 海上作业面临的关键挑战

2. 刚体运动学（4学时）

2.1 坐标系与坐标变换 2.2 欧拉角、四元数 2.3 DH矩阵 2.4 MATLAB/Simulink使用基础

3. 海洋工程刚体动力学（5学时）

3.1 附加质量、阻力、科里奥利力、推进力 3.2 风场+风载、流场、海浪场 3.3 从RAO到风浪流载荷（6自由度模型） 3.4 海洋浮式结构物整体运动模型，简化模型

4. 船载装备建模（3学时）

4.1 螺旋桨 4.2 减摇水舱 4.3 吊机（机械臂） 4.4 绞机 4.5 缆绳 4.6 锚链 4.7 船载装备MATLAB/Simulink建模方法

5. 海洋工程多刚体动力学建模（3学时）

5.1 多体动力学基础 5.2 多刚体MATLAB/Simulink建模方法 5.3 其他建模方法：拉格朗日力学、汉密尔顿力学、Bond graph

6. 多种海上作业形式（4学时）

6.1 吊装 6.2 拖航 6.3 铺管

7. 海上作业装备（4学时）

7.1 动力定位系统和锚泊 7.2 减摇装备 7.3 升沉补偿系统

8. 特种作业形式（4学时）

8.1 海底作业 8.2 极地作业 8.3 海底采矿 8.4 其他海上作业

9. 可作业性分析（4学时）

9.1 作业窗口期计算及alpha因子 9.2 可作业性分析方法

预备知识

• 理论力学
• 线性代数
• 概率论

主要教材

[1]《Handbook of marine craft hydrodynamics and motion control》 [2] DNV相关规范

主要参考书

[1]多体系统动力学（第二版）。刘延柱，潘振宽，戈新生 著 [2] 选定文献

考核方式

• 考查

授课语言

• 中文（英文课件）