📄Работа №133876
Тема: Верификация программы динамики морских объектов с помощью самоходных масштабных моделей судов
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Информатика и вычислительная техника
Объем:
63 листов
Год:
2021
Просмотров:
129
4285
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение
Постановка задачи
Обзор литературы
1. Виртуальный полигон
1.1. Генератор волнистой поверхности
1.2. Моделирование отражения и излучения волн . . . . . . . . . . . 14
1.3. Моделирование ветра с помощью модели АРСС . . . . . . . . . . 19
1.3.1. Автокорреляционная функция
1.3.2. АРСС для четырехмерного случая . . . . . . . . . . . . . 23
1.4. Моделирование ветра с помощью аналитической модели . . . . . 26
1.4.1. Аналитическое представление поля скорости ветра . . . . 26
1.4.2. Уравнение равномерного поступательного движения ветра на корпусе судна . . . . .
1.4.3. Уравнение равномерного поступательного движения ветра вблизи корпуса судна . . .
1.5. Триангуляция корпуса судна, заданного набором кривых . . . . 31
1.6. Моделирование затопления отсеков . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.6.1. Вычисление объема жидкости по ее уровню в элементе отсека
1.6.2. Вычисление уровня жидкости по ее объему во всем отсеке 34
1.7. Модель движителя и руля судна
1.8. Выводы
22. Технологии для создания масштабной модели судна . . . . . . . . . 37
2.1. Технология 3D печати
2.2. Датчики для измерения характеристик . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3. Беспроводные технологии обмена информацией . . . . . . . . . . 40
2.4. Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.5. Построение самоходной масштабной модели судна . . . . . . . . 42
3. Программы для масштабной модели и процесс верификации . . . . 45
3.1. Программа для записи показаний датчиков . . . . . . . . . . . . 45
3.2. Программы для управления движителем судна . . . . . . . . . . 47
3.3. Испытания с масштабной моделью судна . . . . . . . . . . . . . . 51
3.4. Испытания в виртуальном полигоне . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Выводы
Заключение
Список иллюстраций
Список таблиц
Список литературы
Постановка задачи
Обзор литературы
1. Виртуальный полигон
1.1. Генератор волнистой поверхности
1.2. Моделирование отражения и излучения волн . . . . . . . . . . . 14
1.3. Моделирование ветра с помощью модели АРСС . . . . . . . . . . 19
1.3.1. Автокорреляционная функция
1.3.2. АРСС для четырехмерного случая . . . . . . . . . . . . . 23
1.4. Моделирование ветра с помощью аналитической модели . . . . . 26
1.4.1. Аналитическое представление поля скорости ветра . . . . 26
1.4.2. Уравнение равномерного поступательного движения ветра на корпусе судна . . . . .
1.4.3. Уравнение равномерного поступательного движения ветра вблизи корпуса судна . . .
1.5. Триангуляция корпуса судна, заданного набором кривых . . . . 31
1.6. Моделирование затопления отсеков . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.6.1. Вычисление объема жидкости по ее уровню в элементе отсека
1.6.2. Вычисление уровня жидкости по ее объему во всем отсеке 34
1.7. Модель движителя и руля судна
1.8. Выводы
22. Технологии для создания масштабной модели судна . . . . . . . . . 37
2.1. Технология 3D печати
2.2. Датчики для измерения характеристик . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3. Беспроводные технологии обмена информацией . . . . . . . . . . 40
2.4. Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.5. Построение самоходной масштабной модели судна . . . . . . . . 42
3. Программы для масштабной модели и процесс верификации . . . . 45
3.1. Программа для записи показаний датчиков . . . . . . . . . . . . 45
3.2. Программы для управления движителем судна . . . . . . . . . . 47
3.3. Испытания с масштабной моделью судна . . . . . . . . . . . . . . 51
3.4. Испытания в виртуальном полигоне . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Выводы
Заключение
Список иллюстраций
Список таблиц
Список литературы
📖 Введение
Сотни лет тому назад благодаря многочисленным трудам ученых возникшая гидродинамика судна смогла превратиться в такой эффективный теоретический аппарат, что позволила успешно спрогнозировать судовые характеристики. Но к концу XIX века методы, основанные только на теории, стали недостаточно эффективными. Поэтому для уточнения результатов, выполненных при помощи расчетов, потребовались данные, полученные во время экспериментальных исследований. Во многих странах, следуя идеям Д. Тейлора из США, отца и сына Фруда из Англии и Э. Бертена из Франции, начали создаваться опытовые бассейны. Основная задача этих экспериментальных установок заключалась в том, чтобы определить сопротивление движения корпуса судна. Данные опытовые бассейны стали основой для создания в различных странах научно-исследовательских центров.
В современном мире, техника и технологии достигли такого уровня, что обеспечивают выполнение миссий судами с минимальными рисками и издержками. Однако цена решений, которые принимаются на этапах проектирования, изготовления и натурной эксплуатации судна, учитывая его стоимость и ценность груза, который судно перевозит, безопасность людей на нем, настолько высока, что необходимо применить максимально возможные способы прогнозирования и изучения судовой динамики во время реальной эксплуатации, особенно в экстремальных и аварийных ситуациях. Очевидно, что проведение полномасштабных экспериментов с судном в экстремальных ситуациях, экономически невыгодно
техническим объектом, а также это связано еще и с существенными рисками.
Вероятность возникновения таких событий реально существует и требует тщательного и всестороннего изучения при различных режимах эксплуатации суд-
на. При всем том, что формирование аварийной ситуации тивариантный процесс, оценночный анализ известных раннее происшествий позволяет определить условия, которые способствуют их появлению, например, такие как захват судна волной (брочинг) [1], параметрические резонансы разной природы [2] и потеря управляемости на гребне волны. Также развитие каждой из ситуаций, перечисленных выше, может затрудняться за счет внутренних факторов (затопление отсеков, смещение груза, обледенение и пр.). В результате чего, множество и неоднозначность влияния экстремальных условий
эксплуатации уменьшает возможности постановки экспериментов в опытовых бассейнах. Поэтому в настоящее время для исследований таких ситуаций активно разрабатываются виртуальные морские полигоны. Главное преимущество использования такой информационно-вычислительной системы перед физическим опытовым бассейном состоит в том, что эксперименты проводятся в реальном временном и пространственном масштабе, т.е. судна и океанские волны имеют реальный размер, и на персональном компьютере где нет необходимости доступа к дорогостоящему и высокотехнологичному оборудованию.
Виртуальный полигон океанские волны, ветер, движение корабля и затопление отсеков. Одной из особенностей этой программы является то, что она визуализирует физические явления кадр за кадром в процессе моделирования.
Разрабатываемая информационно-вычислительная система предназначена для
• прямого моделирования качки судна на взволнованной морской поверхностью, учитывая воздействия природных и техногенных процессов;
• прямого моделирования качки судна в режиме реального времени с изменением параметров моделирования в реальном времени на основе показаний датчиков и вручную, учитывая воздействия природных и техногенных процессов.
Немаловажной задачей является верификация данного Виртуального полигона, чему и будет посвящена данная выпускная квалификационная работа. Данная процедура может позволить использовать Виртуальный полигон для проведения испытаний и исследований в виртуальной среде, которые нерационально и экономически невыгодно проводить в реальной среде: эксперименты с поврежденным морским объектом для изучения его динамики движения, эксперименты с затоплением отсеков для изучения их влияния на качку суда и др. Также после верификации Виртуальный полигон можно будет использовать для пополнения базы знаний систем поддержки принятия решений, помогающая бороться за живучесть судна в аварийных и экстремальных ситуациях.
Для решения поставленной задачи были созданы масштабные модели судов из базы данных, а также написаны вспомогательные программы. Масштабные модели были выполнены с помощью технологий 3D печати. Данная технология позволила использовать трехмерное описание геометрии корпуса непосредственно из базы данных судов Виртуального полигона, т.е. получилось в точности воссоздать виртуальную модель судна в реальности. Для сбора синхронных записей параметров качки масштабных моделей судов, таких как угловое ускорение, угловая скорость положение в пространстве и др., были написаны программы для операционной системы Android, которые используют показания датчиков, встроенных в сам смартфон. Во время испытаний с масштабной моделью судна, смартфон располагался в центре масс судна и запускалась одна из программ. После завершения эксперимента выходные файлы программы с данными отправлялись на компьютер для последующей обработки.
В первой главе данной выпускной квалификационной работе аспиранта подробно рассмотрен состав программы динамики морских объектов — Виртуальный полигон: генератор волнистой поверхности, моделирование отражения и излучения волн, моделирование ветра с помощью модели АРСС и аналитической модели, моделирование затопление отсеков, модель двигателя и руля судна.
Вторая глава посвящена технологиям с помощью которых была реализована самоходная масштабная модель судна.
В третьей главе рассказывается о вспомогательных программах для управления моделью судна и сбора параметров качки, а также о процессе верификации Виртуального полигона.
В современном мире, техника и технологии достигли такого уровня, что обеспечивают выполнение миссий судами с минимальными рисками и издержками. Однако цена решений, которые принимаются на этапах проектирования, изготовления и натурной эксплуатации судна, учитывая его стоимость и ценность груза, который судно перевозит, безопасность людей на нем, настолько высока, что необходимо применить максимально возможные способы прогнозирования и изучения судовой динамики во время реальной эксплуатации, особенно в экстремальных и аварийных ситуациях. Очевидно, что проведение полномасштабных экспериментов с судном в экстремальных ситуациях, экономически невыгодно
техническим объектом, а также это связано еще и с существенными рисками.
Вероятность возникновения таких событий реально существует и требует тщательного и всестороннего изучения при различных режимах эксплуатации суд-
на. При всем том, что формирование аварийной ситуации тивариантный процесс, оценночный анализ известных раннее происшествий позволяет определить условия, которые способствуют их появлению, например, такие как захват судна волной (брочинг) [1], параметрические резонансы разной природы [2] и потеря управляемости на гребне волны. Также развитие каждой из ситуаций, перечисленных выше, может затрудняться за счет внутренних факторов (затопление отсеков, смещение груза, обледенение и пр.). В результате чего, множество и неоднозначность влияния экстремальных условий
эксплуатации уменьшает возможности постановки экспериментов в опытовых бассейнах. Поэтому в настоящее время для исследований таких ситуаций активно разрабатываются виртуальные морские полигоны. Главное преимущество использования такой информационно-вычислительной системы перед физическим опытовым бассейном состоит в том, что эксперименты проводятся в реальном временном и пространственном масштабе, т.е. судна и океанские волны имеют реальный размер, и на персональном компьютере где нет необходимости доступа к дорогостоящему и высокотехнологичному оборудованию.
Виртуальный полигон океанские волны, ветер, движение корабля и затопление отсеков. Одной из особенностей этой программы является то, что она визуализирует физические явления кадр за кадром в процессе моделирования.
Разрабатываемая информационно-вычислительная система предназначена для
• прямого моделирования качки судна на взволнованной морской поверхностью, учитывая воздействия природных и техногенных процессов;
• прямого моделирования качки судна в режиме реального времени с изменением параметров моделирования в реальном времени на основе показаний датчиков и вручную, учитывая воздействия природных и техногенных процессов.
Немаловажной задачей является верификация данного Виртуального полигона, чему и будет посвящена данная выпускная квалификационная работа. Данная процедура может позволить использовать Виртуальный полигон для проведения испытаний и исследований в виртуальной среде, которые нерационально и экономически невыгодно проводить в реальной среде: эксперименты с поврежденным морским объектом для изучения его динамики движения, эксперименты с затоплением отсеков для изучения их влияния на качку суда и др. Также после верификации Виртуальный полигон можно будет использовать для пополнения базы знаний систем поддержки принятия решений, помогающая бороться за живучесть судна в аварийных и экстремальных ситуациях.
Для решения поставленной задачи были созданы масштабные модели судов из базы данных, а также написаны вспомогательные программы. Масштабные модели были выполнены с помощью технологий 3D печати. Данная технология позволила использовать трехмерное описание геометрии корпуса непосредственно из базы данных судов Виртуального полигона, т.е. получилось в точности воссоздать виртуальную модель судна в реальности. Для сбора синхронных записей параметров качки масштабных моделей судов, таких как угловое ускорение, угловая скорость положение в пространстве и др., были написаны программы для операционной системы Android, которые используют показания датчиков, встроенных в сам смартфон. Во время испытаний с масштабной моделью судна, смартфон располагался в центре масс судна и запускалась одна из программ. После завершения эксперимента выходные файлы программы с данными отправлялись на компьютер для последующей обработки.
В первой главе данной выпускной квалификационной работе аспиранта подробно рассмотрен состав программы динамики морских объектов — Виртуальный полигон: генератор волнистой поверхности, моделирование отражения и излучения волн, моделирование ветра с помощью модели АРСС и аналитической модели, моделирование затопление отсеков, модель двигателя и руля судна.
Вторая глава посвящена технологиям с помощью которых была реализована самоходная масштабная модель судна.
В третьей главе рассказывается о вспомогательных программах для управления моделью судна и сбора параметров качки, а также о процессе верификации Виртуального полигона.
✅ Заключение
В рамках проведенной работы были выполнены все поставленные задачи:
• реализована самоходная масштабная модель судна;
• написаны вспомогательные приложения для операционной системы
Android, с помощью которых производилось управление масштабной моделью и сбор параметров качки данной модели;
• проведен натурный эксперимент с моделью на воде и собраны необходимые данные;
• проведен аналогичный эксперимент в среде Виртуального полигона, и
были сравнены полученные данные с натурным экспериментом.
• проведенное исследование показало сходство в полученных данных.
• реализована самоходная масштабная модель судна;
• написаны вспомогательные приложения для операционной системы
Android, с помощью которых производилось управление масштабной моделью и сбор параметров качки данной модели;
• проведен натурный эксперимент с моделью на воде и собраны необходимые данные;
• проведен аналогичный эксперимент в среде Виртуального полигона, и
были сравнены полученные данные с натурным экспериментом.
• проведенное исследование показало сходство в полученных данных.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.