500m3/h绞吸式挖泥船结构强度分析与优化研究

摘要

黑龙江水域是我国东北边境贸易的重要集散地，边境贸易的快速发展促使船舶的吨位逐渐增大。航道的淤积状况限制了大型船舶的通行能力，对水运经济的发展产生了负面的影响。绞吸式挖泥船是疏浚工程领域被应用最多的工程船舶，相对于其它工程船舶有着工程造价低和适应范围广的优点，对于保障航道运输的安全和畅通起到了重要作用。
　　绞吸式挖泥船船型比较特殊，船宽大、吃水浅，在调遣航行和工作中的受力情况复杂，在波浪的作用下，船舶主体区域应力集中现象比较明显，需要对整体强度进行校核。绞刀架是绞吸式挖泥船最重要的工作设备，其结构为悬臂梁，工作时整体处于水面以下，工作环境恶劣，受力复杂。因此，保证绞刀架及其船体支撑结构的安全工作和正常的使用寿命是十分必要的。
　　本文针对黑龙江航道的实际情况，选择的研究对象为工作于黑龙江水域的500 m3/h绞吸式挖泥船。应用 MSC.Patran有限元分析软件分析研究其整体结构的强度以及特殊挖泥机械绞刀架的结构强度，并利用正交试验法对绞刀架进行结构优化。首先，建立全船有限元模型，施加静载荷和波浪载荷，分析了调遣状态和工作状态两种工况。通过计算得到船体的应力集中区域，并分析应力集中现象产生的原因，找到最大应力发生的位置，与许用应力进行比较，同时调取位移的计算结果，与规范进行比较。其次，对绞刀架进行整体建模，分析并计算在水平悬吊状态和工作状态的垂向载荷和横向载荷，并施加到绞刀架模型上，得到的计算结果同规范中的规定进行比较。结果发现应力及应变均大大小于规范规定，针对此分析结果采用传统强度理论优化方法与正交试验法进行结构的优化处理，在满足各项强度要求的前提下，达到经济性的最优化。通过两种优化方法的对比，找到适合绞刀架结构优化的有效方法。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 课题相关内容研究现状

1.3 绞吸式挖泥船简介

1.4 本文研究内容及方法

第2章 船舶结构强度研究方法

2.1 船舶强度理论

2.2 结构强度有限元分析方法

2.3 本章小结

第3章 模型建立及载荷计算

3.1 绞吸式挖泥船的主要参数与总体布置

3.2 船舶模型的建立

3.3 边界条件

3.4 工况选取

3.5 载荷计算

3.6 本章小结

第4章 计算结果及分析

4.1 许用应力标准

4.2 调遣状态强度分析

4.3 工作状态强度分析

4.4 本章小结

第5章 绞刀架强度校核与结构优化

5.1 概述

5.2 绞刀架模型建立

5.3 绞刀架载荷计算

5.4 计算结果分析研究

5.5 基于传统强度理论算法的绞刀架优化

5.6 基于正交试验法的绞刀架优化

5.7 两种优化方法的比较

5.8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢