(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211006026.8 (22)申请日 2022.08.22 (71)申请人 武汉船用机 械有限责任公司 地址 430084 湖北省武汉市青山区武东 街 九号 (72)发明人 叶志坚　王金秋　江志钢　司小冬　 (74)专利代理 机构 武汉市首臻知识产权代理有 限公司 42 229 专利代理师 陈拿云 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种升降平台虚拟操作系统的桩腿负载数 据模拟方法 (57)摘要 升降平台虚拟操作系统桩腿负载模拟方法， 所述升降平台虚拟操作系统的控制对象为海工 升降平台的虚拟模型， 所述中包括海工平台、 可 相对于海工平台上下移动的四个桩腿， 所述桩腿 负载模拟方法包括： 实时获取虚拟模型的工况、 虚拟模型中各桩腿与海工平台之间的相对位移； 根据获取到的虚拟模型的工况、 虚拟模型中各桩 腿与海工平台之间的相对位移实时计算各桩腿 的负载。 本设计通过区分不同的工况， 在不同的 工况下使用不同的计算方法计算个桩腿的负载， 可以在虚拟操作中模拟海工升降平台中桩腿负 载， 而且所模拟的桩腿负载与实际平台操作过程 中桩腿载荷传感器数据变化过程基 本保持一 致。 权利要求书2页 说明书10页 附图2页 CN 115470547 A 2022.12.13 CN 115470547 A 1.一种升降平台虚拟 操作系统的桩 腿负载数据模拟方法， 其特 征在于： 所述升降平台虚拟操作系统中的控制对象为海工升降平台的虚拟模型， 所述海工升降 平台的虚拟模型位于一个虚拟的海洋环境中， 海工升降平台的虚拟模型包括海工平台 （1） 、 可相对于海工平台上 下移动的四个桩 腿 （2） ； 所述桩腿负载模拟方法包括： 步骤一、 实时获取虚拟模型的工况、 海工平台 （1） 的吃水深度、 各桩腿 （2） 与海工平台 （1） 之间的相对位移； 步骤二、 根据获取到的虚拟模型的工况、 各桩腿 （2） 与海工平台 （1） 之间的相对位移实 时计算各桩 腿 （2） 的负载。 2.根据权利要求1所述的一种升降平台虚拟操作系统的桩腿负载数据模拟方法， 其特 征在于： 所述虚拟模型的工况包括： 桩腿上升工况、 桩腿下降工况、 插桩工况、 平台上升工况、 预 压载工况、 平台下降工况、 拔桩工况。 3.根据权利要求1或2所述的一种升降平台虚拟操作系统的桩腿负载数据模拟方法， 其 特征在于： 所述步骤二具体包括： S1、 所述虚拟模型处于桩腿上升工况或桩腿下降工况时， 通过下列公式计算各桩腿的 负载： Leg(N)LoadSim=Tinit+Leg(N)Distance*A； 式中： Leg(N)LoadSim为第N号桩腿的实时负 载， Leg(N)Distance为第N号桩腿与海工平 台 （1） 之间的实时相对位移， Tinit为桩腿的初始负载， A为桩腿所受的浮力的随桩腿入水深 度的变化 率， 所述Tinit、 A的值均为预设的常数； S2、 所述虚拟模型处于插 桩工况时， 通过 下列公式计算各桩 腿的负载： 若Leg(N)Distance ‑Depth≤H1时： Leg(N)LoadSim=Tinit+Depth*A+(Leg(N)Distance ‑Depth)*[ ‑（Tinit+Depth*A） /H1]； 所述H1＜Leg(N)Distance ‑Depth时： Leg(N)LoadSim=0+(Leg(N)Distance ‑Depth‑H1)*(TH2/(H2‑H1))； 式中： Leg(N)LoadSim为第N号桩腿的实时负 载； Leg(N)Distance为第N号桩腿与海工平 台 （1） 之间的实时相对位移， Depth为桩腿 （2） 与海工平台 （1） 之间的相对位移为0时桩腿 （2） 的底部与海底泥土之间的距离， Tinit为桩腿的初始负载， A为桩腿所受的浮力的随桩腿入水 深度的变 化率， H1为第一入泥深度， H2为第二入泥深度， TH2为桩腿入泥深度为H2时的负载， 所 述Tinit、 H1、 H2、 TH2、 A的值均为预设的常数； S3、 所述虚拟模型处于平台上升 工况时， 通过 下列公式计算各桩 腿的负载： Leg(N)LoadSim=TH2+(Leg(N)Distance ‑Depth‑H2)*((M/4‑TH2)/H3)； 式中： Leg(N)LoadSim为第N号桩腿的实时负 载， Leg(N)Distance为第N号桩腿与海工平 台 （1） 之间的实时相对位移， Depth为桩腿 （2） 与海工平台 （1） 之间的相对位移为0时桩腿 （2） 的底部与海底泥土之间的距离， H2为第二入泥深度， TH2为桩腿入泥深度为H2时的负载， H3为 平台上升高度， M为平台吨位， 所述H2、 TH2、 M、 H3的值均为预设的常数； S4、 所述虚拟模型处于预压载工况时， 通过 下列公式计算各桩 腿的负载：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115470547 A 2通过下列公式计算 正在被预压的桩 腿 （2） 的负载： 计算T(N)c+Kt1的值： 当T(N)c+Kt1≤Tyuya时， Leg(N)L oadSim=T(N)c+Kt1； 当T(N)c+Kt1＞Tyuya时， Leg(N)L oadSim=Tyuya； 通过下列公式计算未被预压的桩 腿 （2） 的负载： 计算T(N)c‑Kt1的值： T(N)c‑Kt1＞ （M‑  Tyuya *2） /2时， Leg(N)L oadSim=T(N)c‑Kt1 T(N)c‑Kt1≤ （M‑  Tyuya *2） /2时， Leg(N)L oadSim= （M ‑Tyuya *2） /2； 式中： Leg(N)LoadSim为第N号桩腿 的实时负载， T(N)c为第N号桩腿被预压前的初始负 载， t为正在被预压的桩腿已被预压的时长， M为平台吨位， K为预压载过程中桩腿负载的变 化率， Tyuya为最大桩腿负载， 所述M、 K、 Tyuya的值均为预设的常数； S5、 所述虚拟模型处于平台下降工况时， 通过 下列公式计算各桩 腿的负载： Leg(N)LoadSim=M/4+PlantFormDraftDepth *(‑M/4/H4)； 式中： Leg(N)LoadSim为第N号桩腿的实时负载， PlantFormDraftDepth为海工平台 （1） 的实时吃水深度， M为平台吨位， H4为平台下降高度， 所述M、 H4的值均为预设的常数； S6、 所述虚拟模型处于拔桩工况时， 通过 下列公式计算各桩 腿的负载： 当H1＜Leg(N)Distance ‑Depth时： Leg(N)LoadSim=0+(Leg(N)DistanceMax ‑Leg(N)Distance)*(TX/(H2‑H1)); 当Leg(N)Distance ‑Depth≤H1时： Leg(N)LoadSim=Tinit+Depth*A ‑(Tinit+Depth*A ‑TX)*(Leg(N)Distance ‑Depth)/((Leg (N)DistanceMax ‑(H2‑H1)‑Depth))； 式中： Leg(N)LoadSim为第N号桩腿的实时负载，  Leg(N)Distance为第N号桩腿与海工 平台 （1） 之间的实时相对位移， Leg(N)DistanceMax为虚拟模型进入拔桩工况时第N号桩腿 与海工平台 （1） 之间的相对位移， Depth为桩腿 （2） 与海工平台 （1） 之间的相对位移为0时桩 腿 （2） 的底部与海底泥土之间的距离， Tinit为各桩腿的初始负载， A为桩腿所受的浮力的随 桩腿入水深度的变化率， H1为第一入泥深度， H2为第二入泥深度， TX为拔桩过程中海底泥土 对桩腿的最大阻力， 所述Tinit、 A、 H1、 H2、 TX的值均为预设的常数。 4.根据权利要求3所述的一种升降平台虚拟操作系统的桩腿负载数据模拟方法， 其特 征在于： 所述常数Tinit、 A、 H1、 H2、 H3、 H4、 TH2、 M、 TX、 K、 Tyuya的值根据虚拟模型 中海工平台的质量和 形状、 桩腿的质量和形状、 以及三维虚拟模型 所处的虚拟的海洋环境设置 。 5.根据权利要求4所述的一种升降平台虚拟操作系统的桩腿负载数据模拟方法， 其特 征在于： 所述Tinit的取值为300， 所述A的取值为10， 所述H1的取值为2， 所述H2的取值为5， 所述H3 的取值为6， 所述H4的取值为4.8， 所述TH2的取值为300， 所述M的取值为20800， 所述TX的取值 为‑4800， 所述K的取值 为300， 所述Tyuya的取值为8000。 6.根据权利要求1所述的一种升降平台虚拟操作系统的桩腿负载数据模拟方法， 其特 征在于： 所述海工平台虚拟模型根据实际的海工 升降平台1： 1的尺寸建立。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115470547 A 3