Stabilizacja położenia ładunku w warunkach falowania morskiego

• Autorzy: Adamiec-Wójcik, I. , Drąg, Ł.

Warianty tytułu

EN

Stabilisation of the position of a pay-load in a wavy sea

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł przedstawia rozwiązanie problemu realizacji zadanej trajektorii masy skupionej zawieszonej na linie i zanurzonej w wodzie niezależnie od ruchów poziomych i pionowych statku wywołanych falowaniem morza. Lina jest przykładem układu wiotkiego. Do dyskretyzacji zastosowano zmodyfikowaną metodę sztywnych elementów skończonych. W tym podejściu współrzędne uogólnione elementów skończonych opisują pozycję środka ciężkości oraz kąt nachylenia osi elementu względem układu inercjalnego. Wzajemne położenie elementów opisują równania więzów geometrycznych. Uwzględniono podatność giętną liny oraz oddziaływanie środowiska wodnego. Uzyskano efektywny numerycznie model pozwalający na rozwiązanie zadania optymalizacji dynamicznej. Zmiennymi decyzyjnymi były wartości przemieszczenia liny nawijanej na bęben wciągarki. Pokazano wpływ liczby punktów, na które dzielono przedział czasu symulacji na realizowaną trajektorię oraz na czas i błąd obliczeń. Analizowano również wpływ prędkości ruchu poziomego statku oraz wartości masy skupionej zawieszonej na linie na wyniki obliczeń.

EN

The paper presents a solution to the problem of trajectory realisation by the payload suspended on a rope submerged in water despite vertical motion of a vessel caused by the wavy sea. The rope is an example of a slender system. It is discretised by means of a modified rigid finite element method. In this approach the coordinates of the center of the mass and the angle of inclination of the element axis with respect to the inertial coordinate system are generalised coordinates of the element. Reciprocal position of elements is defined by means of geometrical constraint equations. Bending flexibility and hydrodynamic forces are taken into account. Due to the numerical effectiveness of the method it can be used for the solution of dynamic optimization problems. The optimization problem presented in the paper is the stabilization of a payload (realization of a given trajectory) despite the motion caused by sea waves and movement of a vessel. Hydrodynamic forces cause the deviation of the payload from its trajectory due to the large deflections and the constant length of the rope. It is shown that the number of points into which the time interval is divided has a significant influence of time and error of calculations. The influence of the velocity of the vessel and the lumped mass at the end of the rope on the displacement of the end of the rope is also discussed.

Słowa kluczowe

PL

układ wiotki; metoda sztywnych elementów skończonych; optymalizacja dynamiczna; realizacja trajektorii

EN

slender systems; rigid finite element method; dynamic optimisation; realization of a trajectory

• Czasopismo: Logistyka
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 4
• Strony: 2216--2224, CD2
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Adamiec-Wójcik, I.

• Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej, Wydział Zarządzania i Transportu, 43-309 Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, Tel:[phone],

autor

Drąg, Ł.

• Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej, Wydział Zarządzania i Transportu, 43-309 Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, Tel:[phone],

Bibliografia

• 1. Adamiec–Wójcik I., Modelling dynamics of multibody systems, Use of homogenous transformations and joint coordinates. Lambert Academic Publishing, Köln 2006.
• 2. Albada S. B., Albada G. D., Hildre H. P., Zhang H., A novel approach to anti-sway control for marine shipboard cranes. Proceedings 27th European Conference on Modelling and Simulation, Ålesund, Norway 2013.
• 3. Do K. D., Pan J., Nonlinear control of an active heave compensation system. Ocean Engineering 35, 2008.
• 4. Drąg Ł., Model of an artificial neural network for payload positioning in sea waves, zgłoszone do Ocean Engineering.
• 5. He W., Ge S. S., Zhang S., Adaptive boundary control of a flexible marine installation system. Automatica 47, 2011.
• 6. Maczyński A., Wojciech S., Stabilization of load’s position in offshore cranes, J. Offshore Mech. Arct. Eng. 134, 2012.
• 7. Neupert J., Mahl T., Haessig B., Sawodny O., Schneider K., A Heave Compensation Approach for Offshore Cranes. Proceedings of 2008 American Control Conference, Seattle, Washington, USA, WeA16.1, 2008.
• 8. Raman-Nair W., Baddour R., Three-dimensional dynamics of a flexible marine riser undergoing large elastic deformations. Multibody System Dynamics 10, 2003.
• 9. Wittbrodt E., Adamiec-Wójcik I., Wojciech S., Dynamics of flexible multibody systems. The rigid finite element method. Springer, Berlin 2006.
• 10. Wittbrodt E., Szczotka M., Maczyński A., Wojciech S., Rigid finite element method in analysis of dynamics of offshore structures, Springer, Berlin 2013.
• 11. Xu X., Wang S., A flexible-segment-model-based dynamics calculation method for free hanging marine risers in re-entry. China Ocean Engineering 26, 2012.