独角仙头角外形结构参数化研究及应用

发布时间：2020-05-04 09:30

【摘要】：本研究为大连惠诚工贸有限公司委托项目,以鱿鱼钓的起重吊臂为例,主要研究鱿鱼钓起重吊臂的优化设计,在同等用材的情况下,提高起重吊臂的额定载荷及安全性。以仿生学为研究手段,以独角仙为研究对象。对独角仙的头角进行系统研究,提取其头角的生物特性参数并加以利用,对传统的起重吊臂等细长型杆件进行结构仿生优化。为同类型的其他用途的细长型部件的优化设计提供设计理论依据与技术方法。本文从独角仙头角的三维轮廓信息提取开始研究,利用三维激光扫描系统获得独角仙头角的点云数据,利用IMAGEWARE软件对点云进行处理,并重构其曲面模型及实体模型。将实体模型利用INVENTOR进行静力学仿真分析,发现其确实有优秀的力学性能,表示对其进行仿生应用具有很大的实用价值。以仿生技术为手段,在独角仙的曲面模型上截取具有代表性的几何特性曲线,并利用MATLAB进行曲线拟合获得其代数方程。利用INVENTOR导入参数化曲线并建立仿生实体模型,以力学仿真分析为工具,以矩形梁和圆管梁为例,对仿生实体模型与传统实体模型进行了对比分析,得出了仿生矩形梁和仿生圆管梁以及传统矩形梁和传统圆管梁的分析结果,结果表明,在同等载荷的情况下,仿生模型所受到的最大应力大幅减小,变形也较小,安全性显著提高,利用独角仙头角特征曲线来优化传统形状的悬臂支撑等细长部件是可行的,对渔业捕捞船的有关舾装部件的改进、升级具有很好的理论支撑与实用价值。
【图文】：

均匀分布,鱿鱼钓船,支架,钓线

鱼钓主要分近海和外海两类，近海分为垂钓式真饵复钩型和真饵单钩型钓海分为垂钓式拟饵复钩型钓具类渔具。海单线真饵复钩手钓结构主要由手线、钓线和钓钩、转环、沉锤及竹轴等属将 15—17 枚单钩均匀分布在竹柄的长圆柱端，用锦纶单丝或细钢丝绳扎紧状，然后将钓线一端的所需长度，用钢丝绳缠绕固定在钓钩上，在竹轴的圆沉锤，再将钓线的另一端接于转环的下环圈，手线一端接于转环的上环圈。每人使用 1 钩作业，不断上下拉动手线，发现有鱿鱼抢饵时，将手线先缓后。见图 1.1 左图。海鱿鱼手钓渔具结构主要由座根线、钓线、保险线和手钓钩、机钓钩、转环装配而成。外海鱿鱼机钓渔具结构主要由座根线、短钓线、沉锤线和机钓钩环、沉锤及钓机等属具装配而成。每条座根线均缠于钓机鼓轮，各短钓线上0 只左右，短钓线间分别通过 3—4 个转环连接在一起，上端通过转环与座根接在三通转环的上环圈上，下环圈通过沉锤线与沉锤连接，构成完整的 1 条要不断上下拉动或抖动钓线，发现抢饵时将钓线先缓后急地收拉或绞收上，再投入水中。见图 1.1 右图。

吊臂,易损坏,下支,支架

图 1.2 现有鱿鱼钓吊臂易损坏区域Fig. 1.2 Vulnerable area of Squid jigger used at present2.鱿鱼钓作业工况及问题鱿鱼钓在海上作业时，其支架伸出船舷一定距离，从船身稳定性和安全性考虑船舷的部分设备质量则越少越好。因此，优化吊臂以减轻伸出船舷部分的重量可以提高整船安全性。另一方面，目前鱿鱼钓起重吊臂都是等截面的，不是按照其实际况按需设计的，，导致了远端截面材料过剩，而根部截面应力过大。这些类似起重吊长部件，时常会因过载而出现弯曲或折断的现象，存在安全隐患，也易造成不必要损失。等截面吊臂还有另外一个不可忽视的弱点，即在常年海上作业的过程中，吊受海水、海风的侵蚀而导致材料锈蚀而流失，加快了易损坏区域的破坏时间。3.解决问题的思路——仿生优化为解决其在工程作业中，大型渔业机械用来支撑捕捞设备的甲板外支架结构容强度或刚度破坏等问题，在现有支撑结构的基础上，利用仿生学技术在渔业机械结方面的应用，优化设计船舷支架零件结构，在同等材料的基础上，增强支架结构的力并延长使用寿命。
【学位授予单位】：大连海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q811;S972.7

【参考文献】