某800t海上桅杆式起重机动态特性分析与多目标优化

发布时间：2017-04-14 02:06

  本文关键词：某800t海上桅杆式起重机动态特性分析与多目标优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：桅杆式起重机在传统吊装设备中具有独特的优势,应用于海洋工程领域的大吨位海上桅杆式起重机在国外的需求量越来越大,而在我国的自主研发才刚刚起步。区别于陆用起重机和船用起重机,海洋环境增加了海上起重机的作业难度,其结构需具备更强的冲击强度,考虑船舶运动载荷的结构动力学分析方法仍有待完善。本文以800t海上桅杆式起重机为研究对象,分析多工况下其结构的动态特性并进行优化。主要研究内容如下:1)结合目标起重机的结构特征,对吊臂、转台和定柱等组件进行受力分析和载荷计算,在对比船舶运动载荷的经验计算方法和数值分析方法的基础上,运用AQWA分析环境载荷入射方向为90?时起重作业状态、作业方向对船体运动的影响,确定了结构分析中的船舶运动载荷。2)基于有限元非线性分析理论,运用Hypermesh定义起重机各组件的MPC非线性接触,并将整机有限元装配模型的.cdb数据传递至ANSYS中,分析起重机的多工况静强度和稳定性。结果表明,56.4?/800t吊装为起重作业的危险工况,吊臂和定柱的厚度分布有待优化。3)基于结构动力学中的多自由度系统振动理论,由ANSYS的模态分析结果研究不同吊装角度对整机自振特性的影响;由谐响应分析结果研究0~20HZ范围内船舶运动激励对起重机动态特性的影响;调用船舶运动载荷的.CSV数据,采用Newmark-?法计算起重机的瞬态动力学响应,研究载荷的联合作用对起重机动态特性的影响。结果表明,船舶运动激励与整机第1阶固有频率产生共振;56.4?/800t吊装工况下,主钩卸载的瞬间吊臂末端的振动最强,且该处的冲击强度有待提高。4)采用基于Design Explorer和Altair Optistruct的联合优化技术,设定由局部至整体的优化设计路线,以轻量化为优化目标,同时兼顾结构的力学性能,采用迭代算法、筛选法、MOGA法和NLPQL法,实现吊臂、转台乃至关键零部件的多目标优化设计,并对比分析优化前后起重机的静动态性能;针对减重引起的吊臂振动增强现象,提出了一个减振隔离器的设计方案。
【关键词】：海上桅杆式起重机 强度分析 动态特性 Design Explorer 联合优化技术
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH213.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 课题研究的背景与意义13-14
• 1.2 课题研究的现状与发展趋势14-16
• 1.2.1 海上作业起重机的发展现状与趋势14-15
• 1.2.2 海上作业起重机结构动力学研究现状及趋势15-16
• 1.3 本文的研究内容与组织结构16-18
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 组织结构17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第2章 海上桅杆式起重机的受力分析及载荷计算19-36
• 2.1 海上桅杆式起重机的结构特征19-20
• 2.2 各组件的受力分析20-26
• 2.3 船舶运动载荷计算26-35
• 2.3.1 经验计算方法27-30
• 2.3.2 数值分析方法30-31
• 2.3.3 基于AQWA的船舶运动载荷数值计算31-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 海上桅杆式起重机的强度及稳定性分析36-49
• 3.1 有限元非线性分析理论36-37
• 3.2 数值分析模型37-40
• 3.2.1 前处理37-39
• 3.2.2 边界条件设定39-40
• 3.2.3 分析工况设定40
• 3.3 起重机的强度分析40-46
• 3.4 起重机的稳定性分析46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 海上桅杆式起重机的动态特性研究49-69
• 4.1 结构动力学理论49-51
• 4.1.1 多自由度系统的振动分析49-50
• 4.1.2 多自由度系统动力反应的计算方法50-51
• 4.2 起重机的模态分析51-53
• 4.3 起重机的谐响应分析53-58
• 4.3.1 分析结果53-58
• 4.3.2 船舶运动激励对起重机动态特性的影响58
• 4.4 起重机的瞬态动力学分析58-68
• 4.4.1 分析结果60-67
• 4.4.2 起升动载对起重机动态特性的影响67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第5章 海上桅杆式起重机的多目标优化设计69-89
• 5.1 基于Design Explorer和Optistruct的联合优化技术69-72
• 5.2 吊臂组件的优化设计72-76
• 5.2.1 尺寸优化72-76
• 5.2.2 结构形式优化76
• 5.3 转台组件的优化设计76-78
• 5.3.1 形貌优化76-77
• 5.3.2 拓扑优化77-78
• 5.4 关键零部件的优化设计78-80
• 5.5 优化前后对比分析80-86
• 5.5.1 静力对比分析结果81-82
• 5.5.2 模态对比分析结果82-83
• 5.5.3 瞬态动力学对比分析结果83-86
• 5.6 卸载冲击隔离设计方案86-88
• 5.7 本章小结88-89
• 总结与展望89-91
• 参考文献91-95
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文及参与的科研项目95-96
• 致谢96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 张昊;王辉;何宁;;海洋工程大型起重设备及其关键技术研究[J];海洋工程;2009年04期

2 申士林;张仲鹏;陈荣;顾彬;;一种新型起重机吊臂的轻量化设计与研究[J];机械设计与制造;2012年06期

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4 王晟;董达善;;海洋风浪载荷对7500t浮式起重机结构强度影响分析[J];起重运输机械;2009年12期

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6 谷美邦;兰波;缪泉明;顾民;周宏勤;;全回转起重船风浪流中系泊运动性能预报[J];中国造船;2013年03期

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本文编号：304960