大型浮吊海浪作用下结构静动态性能研究

发布时间：2020-05-06 21:19

【摘要】： 大型浮吊是重要的海洋工程作业设备。浮吊在海上作业时,受到海浪的作用会发生摇荡运动。船舶的摇荡运动对安装在船上的起重机结构和部件的安全工作产生影响。所以在设计浮吊时,不仅要计算浮吊结构在自重和吊重作用下的结构变形与应力和在不同回转支承橡胶压缩刚度时滚轮受力情况,而且要研究浮吊结构的动态特性,分析计算浮吊结构在海浪作用下的动力响应,以保证浮吊的安全工作。浮吊结构包括臂架、变幅钢丝绳、系固钢丝绳、桁框架、人字架、配重箱、回转底盘总成及回转支承等部件。基于有限元理论,运用ANSYS软件建立了浮吊结构三维有限元模型,并基于ANSYS平台对浮吊结构进行了在自重和吊重作用下的静力分析;研究了回转支承橡胶垫刚度对滚轮受力均匀性的影响;进行了模态分析和谐响应分析,得到了浮吊结构的振动特性,以及以规则海浪作用下船的运动响应为基础激励的浮吊结构的动态响应。其中,建立三维有限元模型时,采用了ANSYS中的SHELL63单元、BEAM188单元、LINK10单元、COMBIN14单元、MASS21单元和MATRIX27单元有效地模拟了浮吊各部分结构。静力分析过程中主要考虑浮吊结构的强度是否满足。在回转支承橡胶垫刚度对滚轮受力均匀性影响研究中,主要考查橡胶垫刚度变化时滚轮受力变化规律。模态分析中,通过计算在浮吊起吊7500t工况的模态,得到浮吊结构的振动特性,为后续动力分析计算打下基础。谐响应分析中,主要考查浮吊结构以规则海浪作用下船的运动响应为基础激励的位移响应和应力响应。通过本文的研究发现,在静力状态下浮吊结构满足强度要求,在回转底盘与桁框架梁连接处的应力相对较大;橡胶垫压缩刚度越小,滚轮受力越均匀。通过模态分析发现,浮吊结构的振型主要表现为主钩钢丝绳-吊重系统摆动和臂架振动,振动频率都很低;第1和第2阶模态为主钩钢丝绳-吊重系统摆动,其他阶模态主要为臂架振动。通过谐响应分析发现,海浪方向为90°时浮吊动力响应比较大;吊重起升至比较高位置时,浮吊动力响应比较大;因船舶横摇大于纵摇,故浮吊的横向位移大于纵向和垂向位移,钢丝绳-吊重系统横向摆角大于纵向摆角;臂架的最大动应力出现在根部主弦杆处,海浪载荷引起的浮吊结构动应力小于材料屈服强度。本文的研究是浮吊设计的关键课题。对浮吊结构在静态和动态下强度的考查和性能的研究,检验了浮吊结构设计的合理性,并提供一种预测浮吊在海浪作用下动力响应的方法,为浮吊设计提供参考。
【图文】：

浮吊,全旋转,港机,屈服极限

海交通大学硕士学位论文第二章全旋转7500t浮吊结构有限元模第二章全旋转 7500t 浮吊结构有限元模型全旋转 7500 吨浮吊，如图 2-1，是一艘带自航功能的大型起重工程船，可于无限航区，并可在指定区域作业。该起重船总长 239.0m，型宽 217.0m，作业时吃水 13.8m，航行时吃水 8m。该起重船的最大起重量 7500t×45m（状态下），全旋转时为 4000t×40m。本起重船主要用于重型桥梁安装工程及工程和重件吊装等。该机具备目前世界最大的单机起吊能力。起重机的臂架为高强钢板焊接而成的桁架结构，，旋转支撑采用双层圆筒体联接在船体，上面加旋转滚轮、滚道，双层圆筒体的直径约为 35 米。旋转滚轮为四排多滚轮。

浮吊,有限元模型

钢丝绳 2.系固钢丝绳 3.人字架 4. 桁框架 5. 配重箱 6. 回转支承结构 7.回转成 8.臂架 9.吊重 10.主钩钢丝绳图 2-2 浮吊有限元模型型的直角坐标系 X 正方向(下文所指前方)为臂架方向，Y 正方向方向)为浮吊的高度方向，Z 的正方向用右手法则确定。坐标原点中心线和船甲板面的交点处。吊有限元模型用 ANSYS 软件建立，共 38702 个单元。在回转底盘、前端梁、后端梁、前滚轮梁、后滚轮梁、侧滚轮梁、前承轨梁、顶升支架采用了 SHELL63 单元模拟，其它结构采用 BEAM188 单载重采用 MASS21 单元模拟。滚轮和中心支承架的滚子轴承的滚缩刚度的 LINK10 单元模拟。滚轮处的橡胶垫用 COMBIN14 单元和系固钢丝绳采用只有拉伸刚度的 LINK10 单元模拟。浮吊的人字框架等结构用 BEAM188 单元模拟。机构及底架简化成质量块，放的位置，用MASS21单元模拟。主钩钢丝绳和吊重组成单摆，用MA立其刚度矩阵。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P75

【引证文献】