基于Pro/Engineer、Ansys的收放绞车结构的有限元优化设计

摘要

锚链绞车是海洋开发不可或缺的主要辅助机械。125吨SWL锚链钢索释放和回收绞车就是为“南海胜利”FPSO锚泊部件更换和海洋石油709船上的安装而设计制造的。通过对国内绞车设计现状的研究，针对传统设计中计算数据精度很低、安全系数过大、设计成本较高等缺点，本课题提出了应用CAD/CAE技术对绞车进行设计的新思想，目的在于为同类的大型结构的设计提供一种设计方法。 首先，本课题选用三维实体设计软件Pro/Engineer对125吨释放和回收绞车整体和各主要零部件进行建模，并生成有限元模型。再利用Pro/Engineer和Ansys软件的交换接口，将有限元模型导入到Ansys软件中进行分析，得到绞车整体和各主要零部件的应力和位移云图。 其次，根据分析得到的应力和位移云图，对其框架结构和凸耳结构进行了改进设计及分析，对卷筒轴进行了灵敏度分析和优化设计，均得到了满意的效果。最后对改进和优化后的绞车整体进行了有限元分析。从分析结果看，绞车的性能得到了很大的提高。 论文的研究方法具有一定的工程实用价值和较广的适用性，它对于同类大型结构的设计和结构改造有重要的借鉴作用。随着课题的进一步深入展开，其优越性和实用性将得到更充分的体现，展示出此研究非常广阔的应用前景。

目录

文摘

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声明

第一章 绪论

1.1 课题来源及意义

1.2 本课题的国内外研究现状

1.2.1 甲板机械的技术水平和发展现状

1.2.2 国内船舶配套设备存在的主要问题

1.2.3 绞车机械的发展

1.2.4 有限元在绞车分析中的应用情况

1.3 本论文的主要工作

第二章 125吨SWL锚链钢索释放和回收绞车概述

2.1 综述

2.2 绞车基本参数

2.2.1 安全工作载荷

2.2.2 圆筒直径

2.2.3 圆筒厚度

2.2.4 圆筒长度

2.2.5 存储容量

2.2.6 回收速度

2.3 绞车基本结构

2.4 工况和载荷

2.5 主要材料

第三章 绞车主体结构有限元分析

3.1 绞车整体有限元分析

3.1.1 几何模型的建立

3.1.2 约束和载荷

3.1.3 设置材料

3.1.4 结构离散化

3.1.5 单元特性分析

3.1.6 单元组集

3.1.7 求解未知节点位移

3.2 框架结构的有限元分析

3.3 卷筒的有限元分析

3.4 凸耳结构的有限元分析

3.5 本章总结

第四章 绞车的改进与分析

4.1 绞车框架结构的改进和分析

4.1.1 改进后的板式框架结构

4.1.2 板式框架结构的有限元分析

4.2 凸耳结构的改进和分析

4.3 本章总结

第五章 绞车轴的优化设计

5.1 卷筒轴Ⅰ的灵敏度分析

5.1.1 敏度分析方法简介

5.1.2 卷筒轴Ⅰ灵敏度分析过程

5.2 卷筒轴Ⅰ的优化设计

5.2.1 卷筒轴Ⅰ优化的数学模型

5.2.2 卷筒轴Ⅰ的优化过程

5.3 卷筒轴Ⅱ的灵敏度分析

5.4 卷筒轴Ⅱ的优化设计

5.5 本章总结

第六章 改进及优化后的绞车分析

6.1 优化后的轴的尺寸的确定

6.2 改进后的绞车整体分析

6.2.1 改进后的整体绞车模型

6.2.2 改进后的绞车有限元分析

第七章 结论和展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢