Strukturelles Design und Schätzung der horizontalen Wellkräfte eines wandkletternden Roboters zur Unterwasserreinigung von Plattformjacken

Derzeit stehen Taucher vor erheblichen Sicherheitsrisiken, wenn sie marine Organismen von den Stahlstrukturen der Unterwasserplattformjacken reinigen. Folglich wird die Nutzung von Robotern anstelle von Tauchern zur Durchführung von Biofouling-Entfernungsoperationen unter Wasser eine wichtige Entwicklungsrichtungsrichtung für die Unterwasserwartung von Offshore-Plattformen in der Zukunft sein. In dieser Studie wurde ein wandkletternder Roboter entworfen, um marine Organismen von der Unterwasseroberfläche eines Plattformjackenbeins zu reinigen. Die Gesamtstruktur des unterwasserreinigenden wandkletternden Roboters wird vorgestellt, einschließlich des Reinigungsaktors und des mechanischen Verbindungsstangenmechanismus mit variabler Krümmung. Die entsprechende Beziehung zwischen dem mechanischen Verbindungsstangenmechanismus mit variabler Krümmung und dem Jackenbein wird im Detail analysiert. Der mechanische Verbindungsstangenmechanismus mit variabler Krümmung wurde unter Verwendung eines genetischen Algorithmus optimiert, um sicherzustellen, dass der unterwasserreinigende wandkletternde Roboter sich an einen Mindestdurchmesser von 1 m für das Jackenbein anpassen kann. Anhand der Airy-Wellen-Theorie und der Zufallswellen-Theorie wurden die Airy-Wellenparameter für Wellen unter verschiedenen Meeresbedingungen analysiert, wobei praktische Anwendungsszenarien berücksichtigt wurden. Mit der Fluent-Software 2022 wurde ein 2D-numerisches Wellenbecken konstruiert, um Wellen unter verschiedenen Meeresbedingungen zu simulieren, und die Wellenoberflächenformen für unterschiedliche Seestände wurden bestimmt. Aufbauend auf der Morison-Gleichung wird eine Methode zur Berechnung der horizontalen Wellkräfte auf den unterwasserreinigenden wandkletternden Roboter unter Verwendung der äquivalenten Fläche und des äquivalenten Volumens vorgeschlagen. Durch die Anwendung der beiden vorgenannten Methoden wurden die horizontalen Wellkräfte auf den unterwasserreinigenden wandkletternden Roboter unter spezifischen Seeständen ermittelt. Die horizontalen Wellkräfte des unterwasserreinigenden wandkletternden Roboters unter verschiedenen Meeresbedingungen wurden in einem 3D-numerischen Wellenbecken analysiert und simuliert. Durch den Vergleich der Ergebnisse der theoretischen Analyse mit den Ergebnissen der numerischen Simulation, wobei der maximale Unterschied an den Extrempunkten etwa 11 % beträgt, wurde die Durchführbarkeit der vorgeschlagenen Methode zur Schätzung der horizontalen Wellkräfte verifiziert.