旋回操作中の可変長の牽引ケーブルの動的解析

Oct 16, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3525 (2023) この記事を引用

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船舶用曳航ケーブルの構成は旋回プロセス中に大幅に変化し、固定ケーブル長での旋回手順が最も頻繁に行われます。 これらの課題を克服するには、海洋曳航ケーブルの構成と動的特性に対処する必要があります。 ただし、特定の運航状況では、タグボートは回転中に海洋曳航ケーブルを解放する必要があり、その結果、海洋ケーブルの長さが常に変化します。 これを考慮して,曳航ケーブルを集中質量法に基づいて集中質量モデルに離散化し,異なる解放速度と異なる深さの下で可変長の曳航ケーブルの回転過程の動的解析モデルを確立した。 これは、曳航システムの特定のパラメータを参照し、特定の海域の特定の海況と組み合わせて行われます。 時間領域結合解析は、さまざまな解放速度と深さでの海洋曳航ケーブルの構成と応力の動的な変化を決定するために使用されます。 計算の結果は、特定のエンジニアリング実践にとってある程度の指針となる関連性を持っています。

海洋開発が進むにつれて、海洋曳航システムは、海洋監視、軍事探知、海底地図作成、海軍防衛などのさまざまな分野でますます重要になってきています1、2、3。 このシステムには、曳航船、曳航ケーブル、曳航本体など、さまざまな種類の用途があります。 牽引システムは、動作中に直線加速、旋回、ジグザグ運動などのさまざまな動作を実行することがよくあります4、5、6、7。 Choo と Casarella8 の定常状態の研究は、主に、船舶の操縦中に水中曳航索がどのように構成されているかについての現在の理解に貢献しています。 Chapman9 は、3 種類の動的ケーブルの動作を特定しました。牽引速度が低く、回転半径とケーブル長の比が大きい緩やかな旋回、牽引速度が高く、回転半径が小さい急旋回 R とケーブル長 L の比 R/L 、および 2 つのターンの間の過渡状態。 彼は、所定の曳航速度に対して、ケーブル/車両システムが直進曳航船の軌道に関連する平面構成とほぼ同等の平衡形状を維持できる限界船旋回半径を決定しました。 牽引機構は、必要な回転半径を下回ると事実上故障します。 全旋回操縦のインスタンスは、Ablow と Schechter10、Milinazzo et al.11、Gobat と Grosenbaugh12、その他多くの研究者によって、非線形動的モーダルの実用性の説明と検証として利用されました。

現在、多くの研究者が船舶の操船中の海底ケーブルの動的挙動を研究しています。 たとえば、Kishore と Ganapathy13 は、全周旋回コース中の牽引アレイの動作をシミュレートしました。 ケーススタディは、さまざまなループ半径、牽引される長さ、牽引される速度、および切り詰められたループについて実行されました。 ループ中の牽引速度を 9.85 m/s から約 3.5 m/s に下げると、牽引点の張力が急激に低下することがわかりました。 2 点張力が急速に緩和すると、ケーブルのオンボード端に深刻な問題が発生する可能性があります。 Grosenbaugh14 は、曳航船が直線曳航軌道から一定半径での定常円旋回を伴う軌道に進路を変更することによって生じる曳航ケーブル システムの動的挙動を調査しました。 Buckham ら 15 と Lambert ら 16 は、曳航水中車両システムの数学的/計算モデルを開発し、旋回操縦中のシステムの性能を向上させるためのモデルの応用について議論しました。 この数学モデルは、自律水上車両と能動的に管理される曳航魚の非線形数値シミュレーションと関連付けられました。 集中質量近似を使用して、牽引されたケーブルをシミュレートしました。 結果は、曳航水中車両シミュレーションを最適化アルゴリズムに使用して、U ターン操縦に最適な気球回転ジオメトリを見つけることができることを示しました。 Wang と Sun17 は、船舶の操縦に対する曳航ケーブル システムの動的応答をパラメトリックにシミュレーションしました。 曳航ケーブル システムの操作性に対する 3 次元の無次元パラメータの影響、回転半径に対する全長の比、車両質量に対するケーブル質量の比、流体力に対する質量単位長の比が調査されました。 結果は、2 つの小さな等半径円旋回の間の過渡的な挙動が、水平軌道を支配する緩やかな旋回に対する旋回効果の増大を明らかにしたことを示しました。 Zhang et al.18 は、曳航船の旋回状態における固定長ケーブルの動的特性を研究しました。 ケーブルの曲げ変化は、頭端と尾端に向かう 15 m 付近でより頻繁かつ深刻であることがわかりました。 Zhao et al.19 は、牽引ケーブル本体システムの完全結合 3 次元動的モデルを開発しました。 数値シミュレーションは、直線牽引や U ターン牽引など、さまざまな操縦について実施されました。 数値シミュレーションと海上試験データを比較したところ、数値シミュレーションと海上試験データがよく一致していることが判明した。 Yuan ら 20 は数値手法を使用して、水中曳航システムが曳航船の操縦性にどのような影響を与えるかを推定しました。 曳航船の速度、旋回半径、ロール角が旋回操縦中に低下していることが判明した。 Zhang ら 21 は、船が 180 度 U ターン操縦中のケーブル曳航システムの動的応答を研究しました。 曲げ剛性を備えた海洋ケーブルの数値モデルは、3 次元のランプ パラメーター アプローチに基づいて提示され、OrcaFlex によって検証されました。

文献によれば、旋回中の牽引ケーブルの動的挙動は、旋回の周期と過渡現象の減衰期間との間のトレードオフとして見なされる可能性があります。 長い時間がかかると、半径が大きいターンで安定したケーブル システム プロファイルが決まります22,23。 代わりに、ゆっくりとした減衰期間により深さが急激に減少します。 ただし、ケーブルの過渡動作に関する以前の研究から得られる知識は十分に完全ではありません。 さまざまな船舶の操縦中の曳航ケーブル システムの過渡的な動作はほとんど理解されていません。 例えば、タグボートが海底パイプラインを敷設しているとき、タグボートは旋回しながらケーブルを解放します24。 船の旋回操縦中にケーブルの長さが変動すると、曳航ケーブルシステムがどのように動作するかは不確実です25、26。 この論文では、特定の海域の特定の海況と併せて曳航システムの特定のパラメータを参照して、集中質量法に基づいて曳航ケーブルを集中質量モデルに離散化します。 次に、異なるリリース速度と異なる深さの下で可変長の海洋ケーブルの回転プロセスの動的解析モデルを確立します。 異なるリリース速度と異なる深さの下での海洋ケーブルの構成と張力の動的変化は、時間領域結合解析によって得られます。

海洋では、ケーブルは典型的な薄くて柔軟なコンポーネントです。 海洋内の薄い柔軟なコンポーネントは、動的シミュレーションを開始する前に、まず静的バランスを達成し、静的バランスの形をとる必要があります。 結果として、静的バランスのステップを最初に行う必要があります。 ここで簡単に説明するカテナリー法は、オフショアの薄い柔軟なコンポーネントの静的バランスを計算するために使用されます。 図1に示すように、dsはケーブル上の特定の微小要素、DとFはそれぞれケーブル要素の垂直方向と接線方向に沿った単位長さあたりの流体力です。 T はケーブルの張力です。 φ はケーブル要素と水の流れ方向との間の角度であり、ケーブル角度と呼ばれます。 dT と dφ は、それぞれケーブル要素 ds にかかる張力とケーブル角度 φ の小さな増分です。 w は単位長さあたりのケーブルの水中重量です。

ケーブルのマイクロ要素の力の図。

ケーブルエレメントの法線方向:

ここで、ρは流体密度、gはケーブルマイクロエレメントの重力、Aはケーブルマイクロエレメントの断面積、hは水深、zは海底深さです。

ケーブル エレメントの接線方向:

見かけの張力 T* = T − ρgA(h − z) が導入されると、上記の方程式は次のように書くことができます。

簡潔にするために、T のアポストロフィ * は省略されています。

上記 2 つのケーブルのバランス方程式は非線形であり、解析的な解決策を見つけるのは困難です。 特定の条件下では、より単純な分析ソリューションを求めることが可能です。 ケーブルが重い場合、または流速が小さい場合、ケーブルに作用する力は主に重力となり、流体力が無視される場合があります。 式 (3) と (4) は次のように簡略化できます。

(5) と (6) を除算します。

したがって、次のようになります。

ここで、T はケーブル角度 \(\varphi_{0}\) が 0 のときのケーブルの張力です。

置換式 (8) を式に代入します。 (5)式を原点から計測し、ケーブル長s0からケーブル長sまで積分すると(2箇所のケーブル角度をそれぞれφ0、φとする)、次式(5)が成立します。 (9) は次のように取得できます。

Th = T0cosφ0 とすると、次のようになります。

dx = dscosφを式(1)に代入すると、次の式が得られます。 (5):

同様に、方程式。 dz = dssinφを式(12)に代入すると、(12)が得られます。 (5):

式 (11) および (12) は、ケーブルの静的平衡段階の任意の 2 点におけるケーブル長、水平距離、および垂直距離の間の式です。 積分の下限が原点で取られる場合、次のようになります。

a = Th/w の場合、次のようになります。

次のように結論付けることができます。

したがって、Eq. (10) と (12) は次のように書くことができます。

式 (17) および (18) はカテナリー方程式です。

方程式から。 (17) と (18) から、次のことが得られます。

このようにして、流体の力が重力を上回るという考えに基づく古典的なカテナリー アプローチが開発されました。 この研究における静的平衡段階におけるケーブルの形状は、この技術が明確な分析的答えをもたらす可能性があるため、前述の理論に基づいており、これを分析的カテナリー法と呼ぶことができます。

ケーブル解析の数値手法は、有限要素法、有限差分法、集中質量法という 3 つのカテゴリに分類できます。 有限要素法は工学計算でよく利用されます。 ただし、フレキシブル ライザーの研究に適用すると、フレキシブル ライザーの長さが長くなるにつれて、コンポーネントとノードの数が増加します。 要素とノードの数が増加するにつれて、マトリックスの剛性の次数が上昇し、マトリックスが非常に疎になります。 その結果、計算プロセスの収束を達成することは困難であり、かなりの計算時間が必要になります。 海底パイプラインの微分方程式を解くための数値的アプローチは、常微分方程式と偏微分方程式の両方を含む微分方程式を使用する有限差分法です。 有限差分法に必要な微分の離散近似では、離散点の関数値を利用して点の微分を推定します。 有限差分法の主な利点は、理解しやすく、フォーム関数を作成する必要がないことです。 ただし、複雑な境界条件を伴うエンジニアリングの問題には適していません。 集中質量法はニュートンの第 2 法則から直接計算し、ケーブルを質量のない線形弾性要素で接続された一連のノードとして近似し、ケーブルの分散ノードに重力や流体力学のような分散力を適用します。 これは、微小要素の観点から支配方程式を解く有限差分法とは対照的です。

本稿ではアンビリカルケーブルの計算方法として集中質量法を用いる。 この方法の考え方は、ケーブルを N 個のセグメントに分割し、各要素の質量を 1 つのノードに集中させることです。 N + 1 節点がありますが、各セグメントの端に作用する張力 T とせん断 V は節点に集中する可能性があり、外部流体力学的負荷はすべて節点に集中します。 i 番目のノード (i = 0, 1…N) の運動方程式は次のとおりです。

ここで、R はケーブルのノード位置を表します。

\(M_{Ai} = \Delta \overline{s}_{i} \left( {m_{i} + \frac{\pi }{4}D_{i}^{2} (C_{an} - 1)} \right)I - \Delta \overline{s}_{i} \frac{\pi }{4}D_{i}^{2} (C_{an} - 1)(\tau_{i} \otimes \tau_{i - 1} )\) はノードの質量行列、I は 3 × 3 単位行列です。 \(T_{ei} = EA\varepsilon_{i} = EA\frac{{\Delta s_{0i} }}{{\Delta s_{\varepsilon i} }}\)、これは特定の有効張力を表します。ノード; \(\Delta s_{0i} = \frac{{L_{0} }}{{\left( {N - 1} \right)}}\)、これは各セグメントの元の長さを表します。 \(\Delta s_{\varepsilon i} = \left| {R_{i + 1} - R_{i} } \right|\)、各セグメントの伸ばされた長さ。 EA、ケーブルの軸方向の剛性。 \(F_{{dI_{i} }}\) は各ノードの外部流体力学を表し、モリソン方程式に従って計算されます。

集中質量法の正確性を検証するために、牽引されたケーブルが取り出され、指定された境界条件の下で移動されます27。 計算結果は前回の結果と比較されます。 牽引ケーブルには、ケーブル、アレイ、およびドローグが含まれます。 被牽引ケーブルの特性は表１のとおりです。

アレイ プロファイルの 8.2 m に位置する点が選択され、以前の調査と比較されます。 深さの変化は、Gobat と Grosenbaugh28 および Ablow10 の結果と比較されます。 集中質量モデルの結果は図 2 に示されており、以前の研究と一致しており、最小深さが測定深さにより近いことが示されています。 すべての比較は、集中質量アプローチが非常に正確であることを示しています。

数値的手法の検証。

海洋ケーブルの上端は OrcaFlex でタグボートの尾翼に接続され、下端は海底に固定されます。 海洋ケーブルの初期形状は懸垂線です。 海洋環境パラメータは次のとおりです。海水密度は 1025 kg/m3、風も波もなく、流速は 0 m/s です。 海洋ケーブルのパラメータは次のとおりです。海洋ケーブルの外径は 0.9652 m、内径は 0.9015 m、ヤング率は 22,000 Mpa、ポアソン比は 0、密度は 7.85 t/m3、標準付加質量係数です。は 1、垂直牽引力係数は 0.8 です。 海上ケーブルの表面被覆は平滑（海上ケーブルの表面被覆は0.05715m、密度は2.4t/m3）であるため、軸方向付加質量係数、軸方向抗力係数はともに0となります。海洋ケーブルと海底との間の軸方向摩擦係数は１であり、海洋ケーブルは海底を貫通していないため、海洋ケーブルと海底との間の軸方向摩擦係数は０である。

タグボートは最初の 20 秒間、速度 1 m/s で直進運動を行い、その後、タグボートは 900 秒の継続時間で旋回運動を開始します。 旋回タグボートの旋回角速度は 0.2°/s、旋回タグボートの線速度は 1 m/s です。 900 秒の旋回が完了した後、タグボートは旋回モードを終了し、直航路の速度は 1 m/s のまま 500 秒間直航航行しました。 海上ケーブルの先端はタグボートの尾部に接続されており、放流時の海上ケーブルの初期長は１９５０ｍである。

海洋ケーブルの解放プロセスの動的特性に対する解放速度の影響を分析する場合、水深は100 mに維持され、海洋ケーブルは0.8、0.9、1.0、1.1および1.2 mの速度で解放されます。 /s、タグボートの回転中にそれぞれ。 平滑化成長制御係数は、解放プロセス全体を通じて牽引ケーブルの成長の滑らかさを管理するために利用され、最も低い可変セグメントの成長係数は 0.001 に設定されました。 海洋ケーブルのセグメント化の動的特性に対する水深の影響を分析する場合、海洋ケーブルのリリース速度を 1 m/s に保ち、水深を 50、75、100、125、150 m に設定します。それぞれ。 タグボートの旋回工程における海上ケーブルのリリース工程を図3に示します。

旋削加工中に長さが可変される船舶用ケーブルのモデル。

図 4 は、回転プロセス中に異なる解放率での海洋ケーブルの両端の張力を示しています。 海上ケーブルの上端はタグボートの尾翼に接続され、下端は海底に接しています。 下端の最大張力は上端の最大張力よりも大きくなります。 この現象が起こる理由は、リリースの過程でケーブルと海底が常に擦れ合うためです。 タグボートの回転により、ケーブルの底部に抗力も発生します。 したがって、底端にかかる力には、自身の重力、海底の摩擦力、抗力が含まれます。

(a) 異なる解放率での海洋ケーブルの上端の張力。 (b) さまざまな解放率での海洋ケーブルの下端の張力。

図4より、ケーブルのリリース速度が低い場合（0.8～0.9m/s）、リリース速度の増加に伴ってケーブルの上下の最大張力が減少することがわかります。 全時間領域では、ケーブルの両端の張力は 0 ～ 500 秒の範囲で最初に増加し、次に減少します。一方、ケーブルの両端の張力は減少し、500 秒後に低い値で安定します。 。 リリース速度の増加（1 ～ 1.2 m/s）に伴い、ケーブルの上下の張力の時間領域での変動が大幅に減少し、ケーブル両端の最大張力が大幅に減少します。低速リリース時に比べてテンションが安定する時間が大幅に早くなります。 この現象は、リリース速度が遅い場合、タグボートの旋回やケーブルの自重による牽引効果がケーブルの両端に集中するためと考えられます。 ただし、リリース速度の加速によりタグボートの旋回やケーブルの自重による抗力効果はある程度解放されます。 したがって、リリース速度が速い場合には、リリース速度の増加に伴い、ケーブル両端の最大張力は大幅に低下する傾向を示します。 その理由は、ケーブルが非常に速い速度で解放されると、タグボートの旋回牽引によって生じるケーブルの軸張力とケーブルの自重が、ケーブルの解放の増加量と同じ（またはそれ以下）になるためです。現時点では。 したがって、このときのケーブルには基本的に張力がかからず、両端の張力が極めて低いことが分かります。 さらに観察すると、タグボートの旋回速度がケーブルの解放速度と同じになると、ケーブルの両端の張力が大幅に減少することがわかります。 この場合、各時間ステップでのタグボートの旋回によって生じるケーブルの引っ張り伸びは、ケーブルの長さの増分にほぼ等しくなります。 したがって、ケーブルの解放速度がタグボートの線速度と同じである場合、旋回プロセス全体でケーブルが大幅に伸びることはありません。 ケーブルの解放速度がタグボートの旋回速度よりも遅い場合、ケーブル底部の最大張力がケーブル上部の最大張力よりも大きくなります。つまり、ケーブル底部の張力が大きくなります。ケーブルの解放速度がタグボートの旋回速度よりも遅い場合、ケーブルの先端よりも大きくなります。

図 5 は、回転プロセス中のさまざまな解放速度での海洋ケーブルの構成を上面から示しています。 図 5 では、小さなグリッド線の長さは 50 m です。 白い線は、旋削プロセス中の各時間ステップにおけるケーブルの頭上投影です。 水深が一定の条件下では、ケーブルの解放速度が小さすぎると、タグボートの直航時や小旋回時にケーブルが非常に伸びすぎてしまう可能性があります。 解放速度がタグボートの速度に近づくにつれて、ケーブルの過剰な伸びの傾向は徐々に弱まります。 解放速度が旋回速度と同じ場合、各時間ステップにおけるケーブルの伸びは、各時間ステップにおけるタグボートの総前進量とほぼ同じであるため、この段階ではケーブルはあまり伸びません。 リリース速度が増加し続け、回転プロセスが継続するため、ケーブルの水中吊り下げ部分は各時間ステップで大幅に伸びることはありません。 ほとんどの場合、ケーブルは緩いカテナリー形状で海底に設置されます。 解放速度が旋回速度を超えると、各時間ステップでのケーブルの解放長はタグボートの前方変位よりも大きくなります。 時間ステップが増加すると、ケーブルに局所的な曲がり、ねじれ、もつれが発生する可能性があります。 シミュレーション モデリングの場合、これによりシステム全体の収束が低下します。 実際のプロジェクトでは、ケーブルが局所的に絡まると、ケーブルの局所的な摩耗や過度の曲げ応力が発生します。 まとめると、海洋ケーブルの解放速度は小さすぎても大きすぎてもいけませんし、タグボートの旋回速度を超えてはなりません。 他の要因を無視して、タグボートの旋回速度と同じ海上ケーブルの解放速度が、適切な海上ケーブルの解放速度である。

回転プロセス中のさまざまな解放速度での海洋ケーブルの構成を上から見た図: (a) 0.8 m/s。 (b) 0.9 m/秒。 (c) 1.0 m/秒。 (d) 1.1 m/秒。 (e) 1.2 m/秒。

ケーブルのリリース速度がタグボートの旋回速度と同じであれば、「異なるリリース速度での動的特性」に示すように、旋回動作全体にわたってケーブルは顕著に伸びません。 したがって、この部分のケーブルの解放速度はタグボートの旋回速度と同じであり、いずれも 1 m/s であり、水深がケーブルの動特性に及ぼす影響を調べることができます。 図 6 は、さまざまな水深での回転操作中の海洋ケーブルの両端の張力を示しています。 タグボートの旋回速度とケーブルの解放速度が両方とも一定の場合、同じ水深におけるケーブルの両端の応力の時間領域画像は、かなりの類似性を示します。 ケーブルの両端にかかる最大張力は、水深が深くなるにつれて増加します。 ただし、海が浅い (50 ～ 125 m) 場合、ケーブルの最大張力は最低張力よりも上部の方がわずかに高くなります。

(a) 異なる水深における海洋ケーブルの上端の張力。 (b) 異なる水深における海洋ケーブルの下端の張力。

さらに、水深が 0 ～ 50 m の場合、ケーブル底部の応力は全時間領域を通じて実質的に一定です。 水深 0 ～ 50 m の範囲では、各時間ステップで解放されたケーブルの長さによってケーブル底部の形状が維持され、結果として弱いトラクション効果が得られます。 この時点で、ケーブルの底部の応力はほぼ一定になります。 水深が 100 ～ 125 m の場合、ケーブルの両端の張力は最初に時間領域で増加し、その後急激に減少します。 張力は 0 ～ 200 秒以内は基本的に変化せず、200 ～ 500 秒で再び減少し、500 秒以降は変化しません。 水深が中間水深より 75 m 低い場合、ケーブルの両端の張力の時間領域の変化はまったく異なります。 先端ケーブルの張力は、最初は時間領域で一定に保たれ、その後徐々に安定した値まで低下します。 この深さでは、底張力は時間の経過とともに変動しません。 これは、旋削プロセスで適度な水深があり、ケーブルの両端の張力の変動が減少していることを示しています。 これはケーブルの展開に関連しており、実際のエンジニアリング実践の指針となる意味があります。 さらに調査を進めると、水深が深くなるにつれて、ラインの両端の張力が安定してから落下するまでの時間が短くなることが判明しました。 水深150mを超えるとライン両端の張力は最大値に達した後、急激に低下します。 さらなる調査により、水深が深くなるにつれて、落下する前にケーブルの両端の張力が安定する時間が連続的に減少することが示されました。 水深150mになるとライン両端のテンションは最大に達した後、急激に低下します。

図 7 は、旋削プロセス中のさまざまな水深での海洋ケーブルの構成を上面から見た図です。 白い線は、旋削プロセス中の各時間ステップにおけるケーブルの頭上投影です。 図 7 では、小さなグリッド線の長さは 50 m です。 水深が浅い場合、タグボートの旋回やケーブルの継続的な解放によってケーブルに急激な応力がかかることはありません。 このとき、ケーブルの吊り下げ部分はタグボートの前進に応じて一定のカテナリー形状を維持することができ、タグボートの前進によるケーブルの張力の増加は限定的となり、自己張力によるケーブルの曲げ変形を軽減するのに役立つ。サスペンションの重量。 水深が 100m を超えてタグ船が前進すると、ある転回点でケーブルの吊りスパン部が大きく伸び、喫水の吊りスパン部が常にカテナリーの形状を保持できなくなります。 水深が浅くなると、ケーブルの吊り下げ部分の初期の曲げ変形が小さくなり、カテナリーの傾斜がますます急になり、回転過程での引張応力が徐々に増加します。 水深が一定以上になると、旋回動作中にケーブルが大きく伸びることになります。 これは、タグボートの線速度と回転半径を一定に維持しながら、特定のケーブル解放速度に対する閾値水深があることを示しています。 水深に達した後の回転解除手順の途中で、ある時点でケーブルが強く引っ張られることになります。

旋削プロセス中のさまざまな水深での海洋ケーブルの構成を上から見た図: (a) 50 m。 (b) 75メートル。 (c) 100メートル。 (d) 125メートル。 (e) 150メートル。

この研究では、旋回操作中に長さが変化する海洋ケーブルの動的特性を調査します。 海洋ケーブルは集中質量法を用いて集中質量モデルに離散化され,海洋ケーブルの回転プロセスの動的解析モデルが異なるリリース速度と水深に対して確立された。 この研究では次のことが実証されました。

旋削加工において、ケーブルのリリース速度が遅いと、ケーブルの上下の最大張力が低下します。 タグボートの旋回やケーブルの自重による牽引効果はケーブルの両端に集中します。 ケーブルの解放速度が速くなると、引っ張りの影響は小さくなります。 解放速度が速い場合、解放速度が増加するにつれてケーブル両端の最大張力が顕著に減少する傾向が見られます。

タグボートの旋回速度がケーブルの解放速度と同じになると、ケーブルの両端の張力は大幅に減少します。 各時間ステップでのタグボートの旋回によって生じるケーブルの引っ張り伸びは、ケーブルの長さの増分にほぼ等しくなります。 ケーブルのリリース速度がタグボートの線速度と同じである場合、ケーブルは旋回プロセス全体で大幅に伸びることはありません。

旋削加工により適度な水深が得られ、ケーブル両端の張力変動が軽減されます。 水深が深くなるにつれて、ラインの両端の張力が安定してから降下するまでにかかる時間は短くなります。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータは、この公開記事に含まれています。 現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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この研究は、広東海洋大学の科学研究スタートアップ基金プログラム（060302072101）、海底パイプラインの水平リフティングの比較研究と最適化（2021E05011）、中国国家自然科学財団（62272109）によって財政的に支援されました。

広東海洋大学船舶海洋大学、湛江、524088、広東省、中国

張大鵬

浙江大学海洋大学、舟山、316000、浙江省、中国

ボーウェン・チャオ

寧波大学海事交通学部、寧波、315211、浙江省、中国

朱克強

広東海洋大学電子情報工学部、湛江市、524088、広東省、中国

ジャン・ハオユー

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概念化、DZ と BZ。 方法論、DZ。 ソフトウェア、KZ; 検証、DZ および KZ。 形式分析、DZ および BZ。 調査、KZとBZ。 リソース、DZ; データキュレーション、KZ; 執筆—原案準備、DZ。 執筆—レビューと編集、DZ。 視覚化、KZ; 監督、DZ; 資金調達、DZ および HJ すべての著者は原稿の出版版を読み、同意しました。

ボーエン・ジャオへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

Zhang、D.、Zhao、B.、Zhu、K. 他。 旋回操作中の可変長の牽引ケーブルの動的解析。 Sci Rep 13、3525 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-30731-8

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受信日: 2022 年 11 月 20 日

受理日: 2023 年 2 月 28 日

公開日: 2023 年 3 月 2 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-30731-8

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