本文關(guān)鍵詞：海上過駁平臺關(guān)鍵結(jié)構(gòu)強度及振動特性研究

  更多相關(guān)文章： 海上過駁平臺 波浪載荷 全船有限元 結(jié)構(gòu)強度 振動分析

【摘要】：相對于建設(shè)固定式港口散料碼頭,海上過駁平臺作為“海上移動碼頭”,具有對水域條件適應(yīng)性強、作業(yè)機(jī)動靈活、服務(wù)半徑廣、投資收益率高等特點,該過駁平臺在港口航道通航水深、碼頭結(jié)構(gòu)靠泊能力及建設(shè)條件等受限情況下,提供了一種經(jīng)濟(jì)、便捷的散料轉(zhuǎn)運解決方案。由于海上過駁平工作時易受到風(fēng)、浪、流等復(fù)雜環(huán)境載荷和起重機(jī)、帶式傳送系統(tǒng)、裝船機(jī)等上部多重構(gòu)件工作載荷的聯(lián)合作用,從而會出現(xiàn)過駁平臺總體受力大,局部受力集中且分布不均的情況。作為一種新型的海上工程作業(yè)船舶,為保證海上過駁平臺能正常工作,有必要對其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)強度及振動特性進(jìn)行研究,以便全面了解該型船舶在工作過程中的受力特點及振動特性,為該型船舶的設(shè)計提供技術(shù)支撐。本文開展了海上過駁平臺關(guān)鍵結(jié)構(gòu)強度及振動特性研究。首先,對全船波浪載荷計算進(jìn)行研究,為下一步進(jìn)行全船以及局部強度有限元分析奠定基礎(chǔ);其次,以典型海上過駁平臺為對象,建立全船有限元模型,對全船結(jié)構(gòu)強度進(jìn)行直接計算,得到船體各結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形分布規(guī)律,確定高應(yīng)力區(qū)域;然后,對起重機(jī)基座結(jié)構(gòu)局部強度進(jìn)行計算分析,并提出3種加強方案,根據(jù)應(yīng)力結(jié)果完成局部加強方案的優(yōu)選;最后,以裝船機(jī)外臂架結(jié)構(gòu)為研究對象,用模態(tài)分析法得到外臂架結(jié)構(gòu)的前七階固有頻率和振型,用頻率響應(yīng)法得到外臂架結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。本文主要研究工作如下:(1)海上過駁平臺全船波浪載荷計算研究。運用NAPA軟件建立船體濕表面模型,對模型進(jìn)行分艙加載以及定義空船重量,計算得出船舶的重力與浮力分布,再依據(jù)坦谷波理論施加各工況相應(yīng)的波浪要素,通過改變波峰或波谷與船舶的相對位置,計算出船舶在靜波浪中的平衡位置,進(jìn)而繪制出船舶在中拱、中垂?fàn)顟B(tài)下的波浪曲線,為下一步進(jìn)行全船以及局部強度有限元分析奠定基礎(chǔ)。(2)海上過駁平臺全船結(jié)構(gòu)強度有限元分析。基于有限元理論,以一艘典型海上過駁平臺為研究對象,運用有限元軟件MSC.Patran/Nastran對海上過駁平臺建立全船結(jié)構(gòu)三維有限元模型,邊界條件采取慣性釋放法,選取了實際作業(yè)中6種典型工況,應(yīng)用全船結(jié)構(gòu)強度直接計算方法,完整實現(xiàn)了全船有限元分析全過程,獲得了船體各結(jié)構(gòu)的總強度應(yīng)力分布并確定高應(yīng)力區(qū)域,真實地預(yù)報船體的相對變形,作為判斷船體總縱強度和局部強度的依據(jù)。(3)回轉(zhuǎn)起重機(jī)基座結(jié)構(gòu)局部強度及加強方案研究。運用MSC.Patran/Nastran軟件對海上過駁平臺基座結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部強度有限元分析,首先確定模型范圍和計算工況,選取載荷和邊界條件,然后對其進(jìn)行直接計算并對結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形結(jié)果進(jìn)行分析,得出主要破壞載荷及強度不足的部位和原因。選出3種滿足基座結(jié)構(gòu)強度的加強方案,并對其進(jìn)行直接計算,從力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)形式兩方面對3種加強方案的計算結(jié)果進(jìn)行比較分析,確定出方案三為滿足強度要求的最優(yōu)加強方案,再對方案三的橫隔板板厚進(jìn)行手工優(yōu)化,得出當(dāng)板厚為8mm時最優(yōu)。(4)裝船機(jī)外臂架結(jié)構(gòu)振動特性研究。基于振動和模態(tài)分析相關(guān)理論,運用有限元分析軟件對裝船機(jī)外臂架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和分析。通過模態(tài)分析,得出前七階固有頻率和振型。然后以傳遞率為參數(shù)研究了外臂架結(jié)構(gòu)的振動傳遞特性,基于頻率響應(yīng)法,獲得外臂架結(jié)構(gòu)在單點力和單點力矩作用下的振動響應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：海上過駁平臺 波浪載荷 全船有限元 結(jié)構(gòu)強度 振動分析
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U661.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第1章 緒論15-25
• 1.1 論文的研究背景和意義15-16
• 1.2 海上過駁平臺介紹16-19
• 1.2.1 海上過駁平臺的種類16-18
• 1.2.2 我國發(fā)展海上過駁平臺的前景18-19
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展19-22
• 1.3.1 波浪載荷預(yù)報方法研究19-20
• 1.3.2 船舶結(jié)構(gòu)強度研究20-21
• 1.3.3 振動特性研究21-22
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點22-25
• 1.4.1 本文的主要研究內(nèi)容22-23
• 1.4.2 本文的創(chuàng)新點23-25
• 第2章 基于NAPA的全船波浪載荷計算研究25-36
• 2.1 引言25
• 2.2 NAPA軟件簡介25-26
• 2.3 船型特點及主要參數(shù)26-29
• 2.3.1 船型特點26-27
• 2.3.2 船體主尺度及主要參數(shù)27-29
• 2.4 波浪載荷計算方法29-31
• 2.4.1 波浪誘導(dǎo)載荷預(yù)報30
• 2.4.2 等效設(shè)計波的確定30-31
• 2.5 海上過駁平臺模型計算31-35
• 2.5.1 全船型值建模31-32
• 2.5.2 分艙與加載32-33
• 2.5.3 波浪曲線33-35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 第3章 海上過駁平臺全船結(jié)構(gòu)強度有限元分析36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 有限元基本理論36-38
• 3.2.1 有限元法的分析過程36-37
• 3.2.2 有限元軟件介紹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 坐標(biāo)系定義39
• 3.3.2 有限元單元劃分39
• 3.3.3 有限元模型39-41
• 3.4 邊界條件41-42
• 3.5 計算工況42-43
• 3.5.1 裝載工況的選取42-43
• 3.5.2 波浪載荷工況的選取43
• 3.5.3 計算工況的確定43
• 3.6 載荷計算43-47
• 3.6.1 空船重量43-44
• 3.6.2 壓載水、淡水、燃油等液態(tài)載荷44
• 3.6.3 風(fēng)載荷44
• 3.6.4 貨物載荷44-45
• 3.6.5 舷外水壓力45-47
• 3.7 強度標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)力變形結(jié)果47-53
• 3.7.1 強度標(biāo)準(zhǔn)47-48
• 3.7.2 應(yīng)力結(jié)果分析48-51
• 3.7.3 位移計算結(jié)果51-53
• 3.8 本章小結(jié)53-54
• 第4章 回轉(zhuǎn)起重機(jī)基座結(jié)構(gòu)局部強度及加強方案研究54-68
• 4.1 引言54
• 4.2 基座有限元模型54-55
• 4.3 邊界條件及載荷工況計算55-57
• 4.3.1 邊界條件55
• 4.3.2 載荷計算及處理55-56
• 4.3.3 計算工況56-57
• 4.4 計算結(jié)果分析57-59
• 4.5 基座結(jié)構(gòu)加強方案研究59-66
• 4.5.1 加強方案59-63
• 4.5.2 橫隔板板厚優(yōu)化63-66
• 4.6 本章小結(jié)66-68
• 第5章 裝船機(jī)外臂架結(jié)構(gòu)振動特性研究68-83
• 5.1 引言68
• 5.2 振動和模態(tài)分析相關(guān)理論68-73
• 5.2.1 模態(tài)分析理論及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)69-71
• 5.2.2 頻率響應(yīng)函數(shù)分析理論71-73
• 5.3 有限元模型建立73-75
• 5.3.1 裝船機(jī)介紹73-74
• 5.3.2 外臂架結(jié)構(gòu)有限元模型74-75
• 5.4 外臂架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析75-77
• 5.5 外臂架結(jié)構(gòu)振動頻率響應(yīng)分析77-82
• 5.5.1 相關(guān)參數(shù)說明77-78
• 5.5.2 單點力作用下傳遞特性分析78-81
• 5.5.3 單點力矩作用下傳遞特性分析81-82
• 5.6 本章小結(jié)82-83
• 第6章 總結(jié)與展望83-87
• 6.1 本文主要工作及結(jié)論83-85
• 6.2 進(jìn)一步研究工作展望85-87
• 參考文獻(xiàn)87-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文91-93
• 致謝93

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本文編號：1125864