随机、多非光滑因素共同作用下深海潜水器系统碰撞振动行为机理研究

A new non-smooth dynamical problem ,the mechanism exploration of collision-vibration behaviors for Remotely Operated Vehicle system with random and multiple non-smooth factors, is proposed from the interdisciplinary fields of ocean engineering and non-smooth dynamics.It stems from the operation safety requirements of Remotely Operated Vehicle with rigid-flexible-hydraulic coupling multi-body system in the effect of random and multiple non-smooth factors,and can be generalized into random non-smooth dynamics which is a new branch of non-smooth dynamics.. The parametric domains and complicated bifurcation phenomena of collison-vibration behaviors are investigated so as to enrich the mechanism understanding of the considered problem through solving the established equation which governs the dynamics of collision-vibration behaviors of Remotely Operated Vehicle system with random wave and multiple non-smooth factors.Besides,as a supplement and a possible way of new discovery，the experimental method is concerned as well. This proposal extends the application of random non-smooth dynamics in .the field of ocean engineering ,and provides a theoretical frame for the solution of operation safety for Remotely Operated Vehicle.Correspondingly,the study of random non-smooth dynamics in the field of ocean engineering contributes to the discovery of new non-smooth phenomena and the development of new theory involved in random non-smooth dynamics as well.

针对海洋工程中重大深海装备的作业安全性需求，以海洋工程和非光滑动力学的交叉学科领域为突破点，从刚-柔-液相互耦合的深海潜水器系统中提炼出了随机、多非光滑因素共同作用下深潜器系统碰撞振动行为机理研究这一新的非光滑动力学课题，并将其进一步推广纳入到非光滑动力学的新兴学科分支-随机非光滑动力学的理论框架中。通过建立并求解随机波浪、多非光滑因素作用下深潜器系统动力学方程，探索深海潜水器系统在随机、多非光滑因素作用下出现随机碰撞振动行为的参数空间及复杂分岔现象，阐明深潜器系统碰撞振动这一随机非光滑动力学行为机理。同时，做为理论研究的补充和物理现象发现的另一种可能途径，开展碰撞振动行为的实验研究。课题拓宽了随机非光滑动力学在海洋工程中的应用研究，为深潜器的作业安全奠定了非光滑动力学基础。同时，在海洋工程这一特定学科领域开展相关研究，有助于发现新的非光滑现象从而推动非光滑动力学新理论、新方法的发展。

针对海洋工程中重大深海装备的作业安全性需求，以海洋工程和非光滑动力学的交叉学科领域为突破点，提炼出了随机、多非光滑因素共同作用下深潜器系统碰撞振动行为机理研究这一新的非光滑动力学课题，并以4500米级海马号深海作业系统为研究对象，从理论建模、数值仿真和实验研究角度对不规则波浪、多非光滑因素作用下的深海潜水器-缆索系统耦合动力学行为进行了研究。. （1）基于Euler-Bernoulli 梁理论推导了水下缆索动力学方程，该方程具有很强的通用性，可扩展应用于拖曳阵列、潜水器、拖体、立管等研究对象。通过求解不规则波浪、多非光滑因素作用下深潜器系统动力学方程，探索了深海潜水器系统在随机、多非光滑因素作用下出现碰撞振动行为的参数空间及分岔现象。. （2）以4500米级海马号深海作业系统为研究对象，建立了考虑不规则波浪、多非光滑因素作用下带水面升沉补偿支持系统的深潜器-缆索系统动力学模型，分析了不规则海况参数、缆索长度、ROV本体质量、升沉补偿器气液弹簧特性等因素对深潜器-缆索系统动力学耦合行为的影响，特别是分析了由于缆索系统非连续刚度变化产生的非光滑边界碰撞条件及非线性动力学行为，对补偿器的改进和系统的作业参数设计提供参考，为海马号深海作业系统的成功研发提供了必要的力学基础理论支持。. （3）依托某型作业支持母船，进行了深海潜水器水面支持系统在不同海况下运动响应的海上现场实验研究，测得了大量的实验数据作为深潜器系统碰撞振动行为的边界激励条件，并进一步分析了深海潜水器系统的运动响应特征。. 相关工作丰富了对深水ROV系统在不规则、多非光滑因素作用下的动力学行为认识，对于设计合理的升沉补偿系统、提高作业安全性具有重要的参考意义。