【摘要】：本研究為大連惠誠工貿(mào)有限公司委托項目,以魷魚釣的起重吊臂為例,主要研究魷魚釣起重吊臂的優(yōu)化設(shè)計,在同等用材的情況下,提高起重吊臂的額定載荷及安全性。以仿生學為研究手段,以獨角仙為研究對象。對獨角仙的頭角進行系統(tǒng)研究,提取其頭角的生物特性參數(shù)并加以利用,對傳統(tǒng)的起重吊臂等細長型桿件進行結(jié)構(gòu)仿生優(yōu)化。為同類型的其他用途的細長型部件的優(yōu)化設(shè)計提供設(shè)計理論依據(jù)與技術(shù)方法。本文從獨角仙頭角的三維輪廓信息提取開始研究,利用三維激光掃描系統(tǒng)獲得獨角仙頭角的點云數(shù)據(jù),利用IMAGEWARE軟件對點云進行處理,并重構(gòu)其曲面模型及實體模型。將實體模型利用INVENTOR進行靜力學仿真分析,發(fā)現(xiàn)其確實有優(yōu)秀的力學性能,表示對其進行仿生應(yīng)用具有很大的實用價值。以仿生技術(shù)為手段,在獨角仙的曲面模型上截取具有代表性的幾何特性曲線,并利用MATLAB進行曲線擬合獲得其代數(shù)方程。利用INVENTOR導(dǎo)入?yún)?shù)化曲線并建立仿生實體模型,以力學仿真分析為工具,以矩形梁和圓管梁為例,對仿生實體模型與傳統(tǒng)實體模型進行了對比分析,得出了仿生矩形梁和仿生圓管梁以及傳統(tǒng)矩形梁和傳統(tǒng)圓管梁的分析結(jié)果,結(jié)果表明,在同等載荷的情況下,仿生模型所受到的最大應(yīng)力大幅減小,變形也較小,安全性顯著提高,利用獨角仙頭角特征曲線來優(yōu)化傳統(tǒng)形狀的懸臂支撐等細長部件是可行的,對漁業(yè)捕撈船的有關(guān)舾裝部件的改進、升級具有很好的理論支撐與實用價值。
【圖文】：

魚釣主要分近海和外海兩類，近海分為垂釣式真餌復(fù)鉤型和真餌單鉤型釣海分為垂釣式擬餌復(fù)鉤型釣具類漁具。海單線真餌復(fù)鉤手釣結(jié)構(gòu)主要由手線、釣線和釣鉤、轉(zhuǎn)環(huán)、沉錘及竹軸等屬將 15—17 枚單鉤均勻分布在竹柄的長圓柱端，用錦綸單絲或細鋼絲繩扎緊狀，然后將釣線一端的所需長度，用鋼絲繩纏繞固定在釣鉤上，在竹軸的圓沉錘，再將釣線的另一端接于轉(zhuǎn)環(huán)的下環(huán)圈，手線一端接于轉(zhuǎn)環(huán)的上環(huán)圈。每人使用 1 鉤作業(yè)，不斷上下拉動手線，發(fā)現(xiàn)有魷魚搶餌時，將手線先緩后。見圖 1.1 左圖。海魷魚手釣漁具結(jié)構(gòu)主要由座根線、釣線、保險線和手釣鉤、機釣鉤、轉(zhuǎn)環(huán)裝配而成。外海魷魚機釣漁具結(jié)構(gòu)主要由座根線、短釣線、沉錘線和機釣鉤環(huán)、沉錘及釣機等屬具裝配而成。每條座根線均纏于釣機鼓輪，各短釣線上0 只左右，短釣線間分別通過 3—4 個轉(zhuǎn)環(huán)連接在一起，上端通過轉(zhuǎn)環(huán)與座根接在三通轉(zhuǎn)環(huán)的上環(huán)圈上，下環(huán)圈通過沉錘線與沉錘連接，構(gòu)成完整的 1 條要不斷上下拉動或抖動釣線，發(fā)現(xiàn)搶餌時將釣線先緩后急地收拉或絞收上，再投入水中。見圖 1.1 右圖。

圖 1.2 現(xiàn)有魷魚釣吊臂易損壞區(qū)域Fig. 1.2 Vulnerable area of Squid jigger used at present2.魷魚釣作業(yè)工況及問題魷魚釣在海上作業(yè)時，其支架伸出船舷一定距離，從船身穩(wěn)定性和安全性考慮船舷的部分設(shè)備質(zhì)量則越少越好。因此，優(yōu)化吊臂以減輕伸出船舷部分的重量可以提高整船安全性。另一方面，目前魷魚釣起重吊臂都是等截面的，不是按照其實際況按需設(shè)計的，，導(dǎo)致了遠端截面材料過剩，而根部截面應(yīng)力過大。這些類似起重吊長部件，時常會因過載而出現(xiàn)彎曲或折斷的現(xiàn)象，存在安全隱患，也易造成不必要損失。等截面吊臂還有另外一個不可忽視的弱點，即在常年海上作業(yè)的過程中，吊受海水、海風的侵蝕而導(dǎo)致材料銹蝕而流失，加快了易損壞區(qū)域的破壞時間。3.解決問題的思路——仿生優(yōu)化為解決其在工程作業(yè)中，大型漁業(yè)機械用來支撐捕撈設(shè)備的甲板外支架結(jié)構(gòu)容強度或剛度破壞等問題，在現(xiàn)有支撐結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用仿生學技術(shù)在漁業(yè)機械結(jié)方面的應(yīng)用，優(yōu)化設(shè)計船舷支架零件結(jié)構(gòu)，在同等材料的基礎(chǔ)上，增強支架結(jié)構(gòu)的力并延長使用壽命。
【學位授予單位】：大連海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：Q811;S972.7

【參考文獻】

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本文編號：2648334