河北唐山华北理工大学冶金与能源学院 韩晴1，鲍思宇2，宗佳琦3 063200
摘要：本文研究了系泊系统在近浅海观测网传输节点的设计问题在海水静止的情况下考虑每个物体所受的重力、浮力、拉力以及环境因素引起的风荷载和水流力的变化。然后根据各个不在建立的坐标轴上的力的相对于x轴或y轴的偏离角度来计算问题中的要求,最后根据软件计算得出结果。再通过找重物球与夹角之间的关系计算得出重物球合适的质量为17468.108kg到4777.4625kg之间。
关键字：系泊系统；受力分析；临界值
1.引言
向近浅海进一步探索是缓解陆上石油资源日益匮乏的必然要求,而系泊系统在向近浅海的探测中有着重要意义。以此为背景,本文主要是研究在近浅海中,如何增加重物球的质量,选取什么型号的锚链以及锚链的长度,来确保在不同的水流速和风荷载下,钢桶能够保持直立或偏离竖直方向的角度不超过5度,来保证钢桶内的水声通讯系统能够不受影响,正常工作,同时求出水面上浮标的游动区域。这就需要考虑每个物体所受的重力、浮力、拉力以及环境因素引起的风荷载和水流力的变化，然后根据各个不在建立的坐标轴上的力的相对于x轴或y轴的偏离角度来计算问题中的要求。由于潮汐等自然因素的影响,系泊系统就会随之发生改变,着视就需要通过对相应的公式进行联立进而求解,最终得到各个变量与各个偏角之间的关系,然后根据各个角度以及已知条件,可通过模型的求解得到需要求的变量[1]。
2.模型的假设
假设风速与水速恒定；
假设忽略锚链每一节之间重叠的长度；
假设重物球材料已知；
假设重力加速度9.8N/kg。
3.模型的建立
3.1模型准备
根据已知公理可得，浮标受到的浮力为：
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3.2重物球质量与角度关系模型
让重物球质量以1为单位从0-700kg变化，就可以得到700组.png)
，以此数据绘制散点图如下：
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从上图可以看出重物球质量与锚链末端切线与海床夹角、钢桶竖直方向的夹角均成反比，因此需要找到同时满足钢桶竖直方向夹角小于等于5°以及锚链末端切线的夹角小于等于16°的最小重物球质量，建立相关角度与重物球质量关系模型如下：
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这样输出的方案，按锚链的单位长度质量进行依次选择，可以保证最终的输出的结果满足锚链总体质量最小，可以让厂家节省生产成本，并为消费者降低开销。
4.模型的求解
4.1内部参数模型的求解
利用下式可求得锚链末端切线与海床夹角：
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4.2重物球质量与角度关系模型的求解
根据所建模型，做出关系图如下：
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5.结论
本文在“内部参数模型”的建立和求解过程中，充分挖掘了系泊系统中的物理原理，即系统各部分满足受力平衡，在结果分析中使用matlab讨论其关键变量的灵敏度，从而验证了模型的合理性，使得结果更有说服力；在重物球质量与角度关系模型中运用了分层递进算法和临界值概念，在不影响准确度的情况下大力的缩短了相应程序的运行所需时间，除此之外还提高了求解的效率，并且考虑了在极端条件下结合水流速的系泊系统的设计方案，使得结果更加符合实际情况。
本文模型的建立条件为系泊系统布于近浅海域的基础上，因此可以结合实际海上作业情况，将范围推广至深海海域；除此之外本文模型适用于单点系泊系统，也可在此基础上进一步分析研究，应用于多点系泊系统的数学模型。
参考文献:
[1]盛志刚, 张炜, 刘海笑. 深水系泊新型拖曳锚研发关键技术 [J] . 海洋工程, 2009,27 (02): 1-7.
[2]王兴刚, 孙昭晨, 梁书秀. 卸载浮标系统运动响应分析 [J] .水运工程, 2011 (04): 40-44.
作者简介：韩晴（2000年4月），女，汉族，河北省石家庄市人，本科，研究方向：材料成型及控制工程。