海上过驳平台关键结构强度及振动特性研究

发布时间：2017-11-01 07:38

  本文关键词：海上过驳平台关键结构强度及振动特性研究

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【摘要】：相对于建设固定式港口散料码头,海上过驳平台作为“海上移动码头”,具有对水域条件适应性强、作业机动灵活、服务半径广、投资收益率高等特点,该过驳平台在港口航道通航水深、码头结构靠泊能力及建设条件等受限情况下,提供了一种经济、便捷的散料转运解决方案。由于海上过驳平工作时易受到风、浪、流等复杂环境载荷和起重机、带式传送系统、装船机等上部多重构件工作载荷的联合作用,从而会出现过驳平台总体受力大,局部受力集中且分布不均的情况。作为一种新型的海上工程作业船舶,为保证海上过驳平台能正常工作,有必要对其关键结构强度及振动特性进行研究,以便全面了解该型船舶在工作过程中的受力特点及振动特性,为该型船舶的设计提供技术支撑。本文开展了海上过驳平台关键结构强度及振动特性研究。首先,对全船波浪载荷计算进行研究,为下一步进行全船以及局部强度有限元分析奠定基础;其次,以典型海上过驳平台为对象,建立全船有限元模型,对全船结构强度进行直接计算,得到船体各结构应力变形分布规律,确定高应力区域;然后,对起重机基座结构局部强度进行计算分析,并提出3种加强方案,根据应力结果完成局部加强方案的优选;最后,以装船机外臂架结构为研究对象,用模态分析法得到外臂架结构的前七阶固有频率和振型,用频率响应法得到外臂架结构的振动响应。本文主要研究工作如下:(1)海上过驳平台全船波浪载荷计算研究。运用NAPA软件建立船体湿表面模型,对模型进行分舱加载以及定义空船重量,计算得出船舶的重力与浮力分布,再依据坦谷波理论施加各工况相应的波浪要素,通过改变波峰或波谷与船舶的相对位置,计算出船舶在静波浪中的平衡位置,进而绘制出船舶在中拱、中垂状态下的波浪曲线,为下一步进行全船以及局部强度有限元分析奠定基础。(2)海上过驳平台全船结构强度有限元分析。基于有限元理论,以一艘典型海上过驳平台为研究对象,运用有限元软件MSC.Patran/Nastran对海上过驳平台建立全船结构三维有限元模型,边界条件采取惯性释放法,选取了实际作业中6种典型工况,应用全船结构强度直接计算方法,完整实现了全船有限元分析全过程,获得了船体各结构的总强度应力分布并确定高应力区域,真实地预报船体的相对变形,作为判断船体总纵强度和局部强度的依据。(3)回转起重机基座结构局部强度及加强方案研究。运用MSC.Patran/Nastran软件对海上过驳平台基座结构进行局部强度有限元分析,首先确定模型范围和计算工况,选取载荷和边界条件,然后对其进行直接计算并对结构应力、变形结果进行分析,得出主要破坏载荷及强度不足的部位和原因。选出3种满足基座结构强度的加强方案,并对其进行直接计算,从力学性能和结构形式两方面对3种加强方案的计算结果进行比较分析,确定出方案三为满足强度要求的最优加强方案,再对方案三的横隔板板厚进行手工优化,得出当板厚为8mm时最优。(4)装船机外臂架结构振动特性研究。基于振动和模态分析相关理论,运用有限元分析软件对装船机外臂架结构进行建模和分析。通过模态分析,得出前七阶固有频率和振型。然后以传递率为参数研究了外臂架结构的振动传递特性,基于频率响应法,获得外臂架结构在单点力和单点力矩作用下的振动响应。
【关键词】：海上过驳平台 波浪载荷 全船有限元 结构强度 振动分析
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第1章 绪论15-25
• 1.1 论文的研究背景和意义15-16
• 1.2 海上过驳平台介绍16-19
• 1.2.1 海上过驳平台的种类16-18
• 1.2.2 我国发展海上过驳平台的前景18-19
• 1.3 国内外研究现状与进展19-22
• 1.3.1 波浪载荷预报方法研究19-20
• 1.3.2 船舶结构强度研究20-21
• 1.3.3 振动特性研究21-22
• 1.4 本文的主要研究内容和创新点22-25
• 1.4.1 本文的主要研究内容22-23
• 1.4.2 本文的创新点23-25
• 第2章 基于NAPA的全船波浪载荷计算研究25-36
• 2.1 引言25
• 2.2 NAPA软件简介25-26
• 2.3 船型特点及主要参数26-29
• 2.3.1 船型特点26-27
• 2.3.2 船体主尺度及主要参数27-29
• 2.4 波浪载荷计算方法29-31
• 2.4.1 波浪诱导载荷预报30
• 2.4.2 等效设计波的确定30-31
• 2.5 海上过驳平台模型计算31-35
• 2.5.1 全船型值建模31-32
• 2.5.2 分舱与加载32-33
• 2.5.3 波浪曲线33-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第3章 海上过驳平台全船结构强度有限元分析36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 有限元基本理论36-38
• 3.2.1 有限元法的分析过程36-37
• 3.2.2 有限元软件介绍37-38
• 3.2.3 全船有限元分析流程38
• 3.3 全船有限元模型建立38-41
• 3.3.1 坐标系定义39
• 3.3.2 有限元单元划分39
• 3.3.3 有限元模型39-41
• 3.4 边界条件41-42
• 3.5 计算工况42-43
• 3.5.1 装载工况的选取42-43
• 3.5.2 波浪载荷工况的选取43
• 3.5.3 计算工况的确定43
• 3.6 载荷计算43-47
• 3.6.1 空船重量43-44
• 3.6.2 压载水、淡水、燃油等液态载荷44
• 3.6.3 风载荷44
• 3.6.4 货物载荷44-45
• 3.6.5 舷外水压力45-47
• 3.7 强度标准及应力变形结果47-53
• 3.7.1 强度标准47-48
• 3.7.2 应力结果分析48-51
• 3.7.3 位移计算结果51-53
• 3.8 本章小结53-54
• 第4章 回转起重机基座结构局部强度及加强方案研究54-68
• 4.1 引言54
• 4.2 基座有限元模型54-55
• 4.3 边界条件及载荷工况计算55-57
• 4.3.1 边界条件55
• 4.3.2 载荷计算及处理55-56
• 4.3.3 计算工况56-57
• 4.4 计算结果分析57-59
• 4.5 基座结构加强方案研究59-66
• 4.5.1 加强方案59-63
• 4.5.2 横隔板板厚优化63-66
• 4.6 本章小结66-68
• 第5章 装船机外臂架结构振动特性研究68-83
• 5.1 引言68
• 5.2 振动和模态分析相关理论68-73
• 5.2.1 模态分析理论及数学基础69-71
• 5.2.2 频率响应函数分析理论71-73
• 5.3 有限元模型建立73-75
• 5.3.1 装船机介绍73-74
• 5.3.2 外臂架结构有限元模型74-75
• 5.4 外臂架结构模态分析75-77
• 5.5 外臂架结构振动频率响应分析77-82
• 5.5.1 相关参数说明77-78
• 5.5.2 单点力作用下传递特性分析78-81
• 5.5.3 单点力矩作用下传递特性分析81-82
• 5.6 本章小结82-83
• 第6章 总结与展望83-87
• 6.1 本文主要工作及结论83-85
• 6.2 进一步研究工作展望85-87
• 参考文献87-91
• 攻读硕士学位期间发表的论文91-93
• 致谢93

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本文编号：1125864