超大型抓斗卸船机钢结构非线性动力响应仿真

摘要

抓斗卸船机是目前世界上用于散货接卸港的主要机械设备,随着散货船大型化、巨型化的发展要求的抓斗卸船机也要向大型化发展.因此随着吊重越来越重,吊重的起升和小车的运行速度越来越快,起吊和卸货以及小车、大车的起制动所引起的动力响应越来越对起重机的结构起着重要影响.各有关标准在卸船机的钢结构设计过程中动力系数和起升载荷的选取的取法各不相同,但基本上对整个结构采用一个动力系数的方法,但大型卸船机整机结构的不同部件的动力系数的差别较大.而有关卸船机的钢结构的动力仿真现在越来越成为许多专业工程人员所关心的问题.动力仿真技术已经非常广泛的应用于很多制造行业当中,然而在中国,这项工作才刚刚处于起步阶段.对于很多大型的港口装载机械的动力仿真问题研究较少,很多有关抓斗卸船机的研究都是通过对现场上测试的数据进行整理与分析.该文根据卸船机的实际工作过程,结合大型有限元软件ANSYS对卸船机工作循环过程进行仿真模拟,从中观察结构的动力响应规律.整个分析过程主要有以下五个过程.1.根据卸船机的金属结构设计图纸确定卸船机各个部件几何尺寸以及具体位置,通过分析不同部件的截面尺寸以及重量计算其相应的截面性质和材料密度,以及不同的结构部件采用其相应的单元类型,从而建立抓斗卸船机作业时的载荷变化与运行的在ANSYS中数学模型.2.根据卸船机工作循环中小车的行走过程将卸船机的大梁离散化,选取适当的时间间隔建立节点,通过这样来模拟小车在工作循环过程中随着时间的变化而分别作用在大梁不同的位置.在一个工作循环过程中当小车运行到大梁的某一个位置时,利用ANSYS中的瞬态动力学计算方法求解出此刻卸船机的结构动态响应.最后就可以得到小车在一个工作循环工程中结构上任意一点的动力响应.3.卸船机在实际的运作过程中经常会遇见不同装载能力的货船,由于这些货船的船宽不相同,这样卸船机抓斗的起升位置也就不同.该文选取了三个可能产生结构动力响应比较大的位置进行仿真模拟.4.卸船机结构优化后的动力响应.5.将仿真模拟计算的数据和实际测量的数据进行对比,综合这两个方面的数据,得出动力响应系数在卸船机结构上不同部件、不同位置上的变化规律,为将来卸船机的钢结构设计提供相应的支持.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1概述

1.2本研究领域的国内外现状

1.3本文所要研究的问题

1.4实用价值与理论意义

第二章抓斗卸船机的工作过程

2.1抓斗卸船机工作过程描述

2.2抓斗卸船机工作过程选择

第三章 卸船机工作过程中的动力响应

3.1吊重的动力学方程

3.1.1 y方向

3.1.2 X方向

3.2结构动力学方程

3.2.1小车水平运动对M和f(t)的影响

3.2.2吊重以及钢丝绳对K和f(t)的影响

第四章结构动力学中的数值方法

4.1振型迭代法

4.1.1简谐激振力

4.1.2非简谐的激振力

4.1.3随时间任意变化的激振力

4.2直接积分法

4.2.1 Wilson-θ法

4.2.2样条函数直接积分法

4.2.3 Newmark积分方法

第五章卸船机结构动力响应有限元计算

5.1有限元法简介

5.1.1有限元法的基本构架

5.1.2有限元法的基本思路

5.1.3有限元法的计算步骤

5.2 ANSYS建模概述

5.2.1模型生成概述

5.2.2 ANSYS中建模的典型步骤

5.2.3 ANSYS中实体建模和直接生成的比较

5.3卸船机ANSYS建模

5.3.1建模的简化

5.3.2卸船机ANSYS模型说明

5.3.3卸船机模型中的单元类型

5.3.4卸船机模型中的材料属性

5.3.5卸船机模型中的全局坐标系的定义

5.3.6卸船机模型中的约束与耦合

5.4 ANSYS瞬态动力学分析

5.4.1 ANSYS瞬态动力学的3种计算方法

5.4.2瞬态动力学分析过程

第六章 超大型卸船机结构动力响应结果分析

6.1卸船机钢结构动力响应有限元计算结果与分析

6.1.1 Y方向上动力响应

6.1.2 X方向上动力响应

6.1.3静载位移计算结果

6.2卸船机主要金属结构件的测试

6.2.1测点布置

6.2.2运行工况

6.2.3位移测试结果

6.2.4应力测试结果

第七章结论

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间完成的科研论文以及有关科研项目

附录2 宝钢马迹山洪No.1/No.2卸船机综合测试分析报告