Виртуальный полигон для исследования морских объектов в экстремальных условиях эксплуатации

• Автор: Безгодов, Алексей Алексеевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Технология виртуальных полигонов для моделирования сложных технических объектов и систем

1.1 Технология виртуальных полигонов.

1.2 Математические модели динамики внешней среды.

1.3 Математические модели динамики морских объектов . .

1.3.1 Классификация моделей динамики судов под воздействием внешних возмущений

1.3.2 Спектральные линейные и линеаризованные модели динамики судна

1.3.3 Нелинейные асимптотические модели динамики судна

1.3.4 Нелинейные численные модели динамики судна, основанные на уравнениях классической механики . .
1.3.5 Нелинейные численные модели динамики судна, основанные на уравнениях гидромеханики
1.4 Технологии визуализации и виртуальной реальности .
1.5 Постановка задачи
1.6 Выводы по главе 1
2 Численное моделирование динамики судна на нерегулярном волнении
2.1 Математическая модель нерегулярного волнения.
2.2 Математическая модель динамики судна на нерегулярном волнении
2.3 Оценка влияния случайного характера сеток на расчет статических и динамических характеристик судна.
2.4 Идентификации модели.
2.5 Выводы но главе 2
3 Программноаппаратный комплекс виртуального полигона
3.1 Состав и общая архитектура ПАК.
3.2 Подсистема моделирования.
3.2.1 Сущности и фабрика сущностей
3.2.2 Ьна АР1 виртуального полигона.
3.2.3 Объект Таймер.
3.2.4 Объект Корабль
3.2.5 Типовой статический эксперимент построение ДСО,
определение метацеытрической высоты
3.2.6 Типовой динамический эксперимент качка на тихой воде
3.3 Графическая подсистема.
3.3.1 Общая структура графической подсистемы
3.3.2 Морфологическое сглаживание ступенчатости изображения
3.3.3 Технология отображения морского волнения
3.3.4 Расчет поля волнения с использованием С1ША .
3.4 Развертывание виртуального полигона на инфраструктуре
ЦСМВ СПбГУ ИТМО
3.5 Выводы но главе 3.
4 Применение виртуального полигона для воспроизведения экстремальных ситуаций
4.1 Режим основного резонанса
4.1.1 Цель и постановка эксперимента
4.1.2 Анализ результатов эксперимента.
4.2 Режим параметрического резонанса лагом к волне
4.2.1 Цель и постановка эксперимента
4.2.2 Анализ результатов эксперимента.
4.3 Режим параметрического резонанса на встречном волнении
4.3.1 Цель и постановка эксперимента
4.3.2 Анализ результатов эксперимента.
4.4 Режим брочинга
4.4.1 Цель и постановка эксперимента.
4.4.2 Анализ результатов эксперимента
4.5 Выводы по главе 4.
Заключение
Литература


Результаты работы нашли свое применение при выполнении проектов «Интеллектуальная система навигации и управления морским динамическим объектом в экстремальных условиях эксплуатации», «Интеллектуальные технологии поддержки процессов исследовательского проектирования судов и технических средств освоения океана», «Высокопроизводительный программный комплекс моделирования динамики корабля в экстремальных условиях эксплуатации», «Инструментальная технологическая среда для создания распределенных интеллектуальных систем управления сложными динамическими объектами» в рамках ФЦП «Научные и научно-иедагогические кадры инновационной России» на — годы, «Распределенные экстренные вычисления для поддержки принятия решений в критических ситуациях» в рамках реализации постановления Правительства РФ № 0 «О мерах но привлечению ведущих учёных в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования», «Создание распределенной вычислительной среды на базе облачной архитектуры для построения и эксплуатации высокопроизводительных композитных приложений» в рамках реализации постановления Правительства РФ JS’* 8 «О мерах государственной поддержки разви тия кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты но созданию высокотехнологичного производства». Результаты работ внедрены в производственную деятельность ЗЛО «Фирма "АйТи1'. Информационные технологии». Апробация работы. Изложенные в диссертации результаты обсуждались на восьми международных и всероссийских научных конференциях, семинарах и совещаниях, включая Всероссийскую научно-техническую конференцию «Интеллектуальные и информационные системы» ( г. Тула); IX и X ежегодные Международные конференции «Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах» ( г. Владимир; г. Пермь); XVII Всероссийскую научно-методическую конференцию «Телематика » ( г. Санкт-Петербург); V, VII Межвузовские конференции молодых ученых ( г. Нижний Новго1>од), IV Международную конференцию по информатике MEDIAS ( г. Лимасол, Кипр). Публикации. По теме диссертации опубликовано печатных работ (из них 4 — в изданиях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ). Специфика исследовательского проектирования морских объектов состоит в неопределенности и неполноте информации об их поведении в экстремальных ситуациях, совокупно вызванных воздействием внешней среды, инициируемых ими внешних (например, интенсивное обледенение) и внутренних дестабилизирующих факторов (смещение груза, затопление отсеков и up. При этом развитие аварийной ситуации происходит по различным сценариям, которые не могут быть в общем случае сведены к ограниченному набору типовых случаев. Однако ретроспективный анализ гибели судов позволяет выделить условия, способствующие возникновению аварийных ситуаций. При движении судна лагом к волне выделяют такие ситуации, как воздействие на судно ветрового шквала в условиях сильной качки, потеря остойчивости по причине затопления палубного колодца, а также ударное воздействие гребня разрушающейся волны. Напротив, при попутном волнении начинают играть роль совершенно другие критические факторы, а именно: параметрический резонанс бортовых колебаний, потеря управляемости на гребне волны, захват судна волной (брочинг). В свою очередь, развитие каждой из вышеперечисленных ситуаций может усложняться за счет внутренних факторов (смещение навалочного груза, затопление отсеков, интенсивное обледенение и пр. Неоднозначность условий, приводящих к возникновению аварийных ситуаций, в данном случае затрудняет обоснование оптимальных проектных характеристик судна формальными методами и приводит к необходимости использования методов виртуального моделирования. Иными словами, основным инструментом поддержки принятия решений в процессе исследовательского проектирования становятся численные модели динамики морских объектов, позволяющие количественно воспроизвести их поведение под воздействием реалистичных внешних возмущений [3|. Таким образом, единственным способом моделирования рассматриваемых ситуаций является программное численное моделирование. В связи с этим вводится понятие виртуального полигона (Virtual test bed). Виртуальный полигон — это программно-аппаратное средсгво, которое поддерживает виртуальное проектирование, анализ и прототипирование различных систем [] [|. Виртуальные полигоны — понятие достаточно широкое, поэтому взгляды разработчиков на архитектуры систем могут сильно различаться.