大型造船门式绳牵引并联起重机器人结构分析

摘要

造船门式起重机是船舶工业必不可少的重要设备之一。随着造船事业发展，为了缩短建造周期，普遍提高分段的重量，这使得造船门式起重机朝着大型化发展，同时对船体分段安装的灵活性提出了更高的要求。本文基于此对现有的造船门式起重机提出了一种新的结构——造船门式绳牵引并联起重机器人，以达到更好的灵活性和更大的起重量，并对此新型的造船门式起重机器人的主体进行了结构可行性的研究。 本文采用有限元方法对改造后的新型造船门式起重机器人结构进行了力学分析计算，从而考察其结构强度方面的可行性。文中首先研究了有限元法及其在造船门式起重机结构分析中的应用，详细推导了空间梁单元有限元理论的基本公式；接着在总结相关的造船起重机运行资料的基础上，按照整体建模的方式科学地建立了该造船门式起重机器人主体结构的有限元模型，以求得到相对准确的分析结果；为使得分析结果更具有实际参考价值，文中针对造船门式起重机在室外工作的特点，总结分析了大量有关的文献资料，根据造船门式起重机的实际工作条件，提出了合理的约束及加载方案；然后运用大型有限元软件ANSYS对造船门式起重机器人的有限元模型分别进行了静力分析、模态分析以及瞬态动力学分析，校核了结构的静强度、静刚度、动刚度以及疲劳强度，并在此基础上运用断裂力学方法对起重机主梁结构进行了疲劳寿命分析。虽然ANSYS是国际知名的集成化CAE软件，功能强大，非常适合于对造船门式起重机这类复杂机构进行建模和结构分析，但是，对于造船门式起重机这样一个超大型且复杂的工程机械，在建模过程中不可避免地需要采用大量的简化，从而造成计算分析所得数据存在某些不合理性。即便如此，本文分析所得的数据的变化趋势从总体上看是合理的，是符合造船门式起重机的基本工作状况的。因此，本文的研究成果为今后造船门式起重机结构的进一步优化设计提供了参考依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究背景

1.2造船门式起重机的结构特点

1.3起重机现代设计方法

1.4本文的研究思路及主要内容

第二章有限元理论和有限元分析软件ANSYS

2.1有限元法基本概论

2.2弹性力学基本方程与能量法

2.3空间梁单元基本理论

2.4结构建模及有限元软件ANSYS

2.4.1结构建模

2.4.2大型有限元软件ANSYS

第三章大型造船门式起重机器人有限元模型及静力分析

3.1造船门式起重机器人结构及基本参数

3.1.1总体结构

3.1.2主要钢结构的型式

3.2造船门式起重机器人结构有限元模型的建立

3.2.1建模方案分析

3.2.2模型的单元选择

3.2.3模型的假设与简化

3.2.4模型中的约束与耦合

3.2.5造船门式起重机器人结构有限元计算模型

3.3结构静力分析的有限单元理论

3.4载荷计算

3.4.1载荷

3.4.2载荷组合

3.5造船门式起重机结构有限元模型静态计算

3.6静力计算结果分析

第四章大型造船门式起重机器人结构动力学分析

4.1动力分析有限元法

4.2模态分析

4.2.1模态分析的理论概述

4.2.2模态提取方法

4.3造船门式起重机结构的模态分析结果

4.3.1造船门式起重机固有频率

4.3.2造船门式起重机模态振型

4.3.3结果分析

4.4瞬态动力学分析理论

4.4.1瞬态动力学分析的理论概述

4.4.2瞬态动力学的求解方法

4.5大型造船门式起重机瞬态分析

4.5.1造船门式起重机结构振动工况分析

4.5.2造船门式起重机结构起升动力响应分析

4.5.3瞬态分析结果

4.5.4结果分析

第五章造船门式起重机主梁疲劳寿命计算

5.1断裂力学理论基础

5.1.1构件的疲劳破坏

5.1.2应力强度因子理论

5.1.3主梁应力幅值的确定

5.1.4 Paris公式

5.2主梁寿命估算

5.2.1结构参数C、m的确定

5.2.2裂纹形状修正系数Y

5.2.3初始裂纹尺寸a0

5.2.4临界裂纹尺寸ac

5.3结果分析

第六章总结

6.1结论

6.2展望

［参考文献］

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢