甲板起重机底座开孔的模拟分析及轻量化优化
甲板起重机底座开孔的模拟分析及轻量化优化
1 引言
甲板起重机是在海上环境中执行运输作业的一种特殊起重机,主要用于舰船间货物的运输转移、
海上补给、水下作业设备的投放与回收等重要任务.海上特殊的应用环境使甲板起重机的受力情
况更为复杂,其结构强度要求也更高,特别是吊臂和底座.底座起到起重机和船舶甲板之间的连接
固定作用,它承受着起重机整个工作过程中及风暴自存状态下的所有载荷,是保障起重机正常工
作的基础,安全性能要求很高.底座内部安装有电机和中心集电环等零部件,为了便于内部零部件
的安装和线路的连接,需要开设人孔.尺寸较大的人孔会对底座的整体强度产生很大的影响,对底
座人孔开设部位进行模拟分析非常有必要.并且,多年来底座的壁厚都是依据经验设计得来的,这
种方法设计的底座安全可靠,但过于保守,材料的承载能力没有得到充分利用.因此,对底座进行轻
量化优化,具有很大实用性[1-3]
. 以5t20m 甲板起重机的底座为研究对象, 应用 ANSYS 软件通过有限元分析对其结构和力学性
能作了探讨,并对底座进行轻量化优化.工厂实物,如图 1 所示.
2 数值分析模型
底座呈圆筒型结构, 壁厚为 20mm, 底座外径为 1410mm, 总高度为 2250mm;人孔为长方形, 宽
770mm, 高1120mm,拐角处倒圆角;设有人孔通道,起到局部加强的作用,通道壁厚为 20mm,建模时
去除法兰和筋板, 如图 2 所示.
模型坐标系, 如图 2 所示,坐标原点取在底座底部截面中心位置,各坐标轴的正方向规定如下:面向
人孔向左为 X 轴正方向; 沿人孔向外为 Y 轴正方向; 沿底座高度方向向上为 Z 轴正方向.
底座使用 AH36 钢板焊接而成, 材料弹性模量 E=2.06×105MPa, 泊松比 μ=0.3, 材料密度
ρ=7850kg/m3.模型主体由底座筒体和人孔通道组成, 整个模型在有限元网格划分之前编辑为 12
个面.采用壳单元(Shell63)四边形网格自由划分, 单元尺寸设置为 3 级智能网格.在底座上端截面
中心建立一个节点,并用刚性梁单元(MPC184)与上端面圆周上所有节点相连接. 共得到 2191 个单
元(Elemen)t、2244 个节点(Node).建立的有限元模型[4],如图 3 所示.
3 边界条件和外载荷的确定
底座下端焊接在船舶甲板上, 在此约束底座下端各条线的 6个自由度.外载荷主要包括整个起重
机在最危险工况下所产生的倾覆力矩、扭转力矩和底座所承受的垂向载荷,底座自重和风载荷对
其作用很小,在此忽略不计. 本起重机最危险工况为船舶横倾 5° 纵倾 2°时起重机满载的工况,此时
起重机底座受到倾覆力矩、扭转力矩和垂向压力, 大小分别为
M=1.53×109N·mm,T=2.43×108N·mm,V=156100N,经对比,当弯矩方向为-X 方向时底座产生应力
最大[2,5]. 这里所加弯矩 M 均为-X 方向,T 为-Z 方向,V 为-Z 方向.底座上端截面中心所建节点即
为加载节点,倾覆力矩和垂向压力均加在此节点上.
4 应力结果分析和强度校核
开孔前后的底座应力分布图, 如图 4 、图 5 所示. 图5 中人孔圆角半径为 60mm. 图4 显示最大应
力为 65.829MPa,位置在底座最下端,底座上端和下端应力相对较大,中间部位的应力云图
成"回"字形",回"字形中间位置应力较大,向四周逐渐减小,变化平稳; 图5 显示最大应力为
195.217MPa,位置在人孔的左上角,底座的应力分布在人孔四个角处发生应力集中,应力值明显增
大,变化剧烈.由此可见,人孔对底座应力的分布产生很大影响,对底座人孔局部应力分析和优化很
有必要.
摘要：
展开>>
收起<<
甲板起重机底座开孔的模拟分析及轻量化优化1引言甲板起重机是在海上环境中执行运输作业的一种特殊起重机,主要用于舰船间货物的运输转移、海上补给、水下作业设备的投放与回收等重要任务.海上特殊的应用环境使甲板起重机的受力情况更为复杂,其结构强度要求也更高,特别是吊臂和底座.底座起到起重机和船舶甲板之间的连接固定作用,它承受着起重机整个工作过程中及风暴自存状态下的所有载荷,是保障起重机正常工作的基础,安全性能要求很高.底座内部安装有电机和中心集电环等零部件,为了便于内部零部件的安装和线路的连接,需要开设人孔.尺寸较大的人孔会对底座的整体强度产生很大的影响,对底座人孔开设部位进行模拟分析非常有必要.并且,...
相关推荐
-
福特锐界汽车营销策略
2022-10-15 114 -
车联网面临的安全风险与应对措施
2023-02-25 144 -
保险营销的现存问题与策略创新
2023-02-25 72 -
保险经纪人作为保险营销主要力量的探析
2023-02-25 77 -
我国家政服务质量的问题及提升对策
2023-05-24 133 -
微波通信的优点及其在移动通信网络中的具体应用
2023-05-24 295 -
网络信息安全中密码学的运用及其安全性分析
2023-05-24 118 -
探讨卫星通信组网在人防中的应用
2023-05-24 103 -
探讨傣族服饰文化融入幼儿园美术教育的有效路径
2023-05-24 73 -
我国中小企业电子商务管理现状分析
2024-03-02 33
作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
价格：2光币
属性：3 页
大小：16.82KB
格式：DOCX
时间：2023-03-02
