船舶的大型化、复杂化使港口内系泊船的运动成为港口设计和使用中的重要问题。对于船舶的运动问题,通常情况下国内采用物理模型试验对实际情况进行模拟,为实际工程提供允许系泊及装卸作业的条件。但是实验方法的缺点是费用高、周期长。克服这一不足的主要途径是数值模拟,数值模拟需要时间短,经济效益好,并且通用性好。 随着计算机技术的发展,许多工程分析计算问题都已经开始使用可视化工程计算软件来完成。本文使用matlab为开发工具,针对目前的需要,提出了一种有效的计算模型和计算方法,并开发了系靠船舶计算与优化系统相应的可视化软件。 首先,根据对实际问题的研究,本文将实际问题进行了简化,进而提出了一种求解系靠系统的静力模型。由于建立计算模型的需要,本文根据欧拉角的相应理论讨论了刚体运动和刚体上任意一点运动之间的关系,并根据矩阵位移法的相关理论推导了以船舶为研究对象的平衡方程组。对于缆绳受力变形曲线呈现非线性的特点,文章对缆绳性能曲线进行了模拟。并在文章的后半部分证明了这个模型的有效性。 其次,由于缆绳的松弛与张紧,船舶与护舷的接触与否,缆绳本身的非线性力学特性等诸多因素导致平衡方程组是一个非线性方程组。为了得到满意的结果,本文分别采用多种数值方法求解非线性方程组。并对比了计算结果,选用了比较有效的计算方法。 最后,通过对matlab图形显示的试验与研究,实现了用matlab图形用户界面接口向导,完成应用软件的用户图形界面程序。 本系统采用可视化的界面录入数据,使用快速简单的方法输入设计的条件,实现了高效准确的数据录入和计算,并且可以以图示的形式显示数据结果。本系统可以计算出各类荷载作用下的船舶位移和缆绳内力;根据用户需求通过图形或表格的形式输出最终结果或中间结果;根据受力特点,进行系缆方式的优化布置。 本套软件是针对船舶系泊的专业软件,有很强的针对性。能很方便地进行船舶位移、缆绳内力计算以及内力优化计算,后处理部分大量繁杂的计算和数据处理有计算机完成,大大减少了设计人员的工作量,提高了工作效率和准确性,对实际的工作有着重要的指导意义。