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极地环境载荷作用下船舶起重机结构设计与分析
| 论文题名： | 极地环境载荷作用下船舶起重机结构设计与分析 |
| 关键词： | 极地船舶;起重机;结构设计;温度载荷;风载荷;强度校核 |
| 摘要： | 随着世界各国对极地探索的不断深入，极地的航运及科考价值日益凸显。船舶起重机作为极地运输船与科考船上所必需的甲板设备，为保障其在极地服役环境中作业的安全性与可靠性，设计时应充分考虑极地环境因素的影响。本文以某破冰船用折臂式起重机为研究对象，重点考虑了极地温度载荷与动态风载荷对结构强度的影响，研究了极地环境载荷作用下的起重机结构设计与分析方法。论文主要研究内容概括如下： (1) 极地工作载荷作用下船舶起重机结构强度分析。首先针对起重机结构主体用钢EH36的低温力学性能进行研究。基于EH36钢的拉伸试验数据，应用Abaqus软件进行拉伸试验仿真模拟。仿真结果与试验结果规律相符，为起重机结构的数值仿真分析与强度评估提供了数据基础。而后在未考虑极地环境载荷作用时，应用ANSYS软件对起重机结构在非作业状态及选取的四个作业状态下的强度进行评估，均满足强度要求。 (2) 极地温度载荷对船舶起重机结构强度的影响分析。考虑极地环境作业温差的影响，利用ANSYS软件中稳态热与瞬态热分析模块获得起重机结构在考虑作业温差为30℃时的温度场与温度变化时间历程，进而通过热-结构耦合分析，计算结构所受的温度应力及总应力。结果表明，考虑温度载荷的影响后起重机结构在各状态下所受的最大应力均有提高，最大增幅为48.45%。 (3) 极地动态风载荷对船舶起重机结构强度的影响分析。考虑极地环境风载荷的动力作用，首先应用ANSYS软件对起重机结构进行模态分析，了解其振动特性，确定结构动刚度的薄弱方向作为分析时风载荷的加载方向。而后基于线性滤波法与Davenport风速谱，通过编写Matlab程序模拟获得脉动风的风压时程。进而对起重机结构在考虑动态风载荷作用下的强度进行评估。经分析，考虑风载荷的动力作用，起重机结构在风载作用初期会受到风载荷的强烈冲击作用，所受应力较大，随后趋于平稳，并与规范中以静载荷方式考虑风载荷的计算结果相近。 (4) 根据极地低温对钢材性能的影响规律及环境载荷对结构的作用特点，提出基于准静力强度法与断裂韧度评价法的极地船舶起重机结构安全多失效准则评价方法，并以起重机基座结构为例进行多失效准则评价分析。 本文探究了极地温度载荷与动态风载荷对船舶起重机结构强度的影响。提出了基于安全系数法准则与破损安全设计准则的结构安全多失效准则评价方法，为极地装备的设计与评估提供了参考。 |
| 作者： | 程玉莹 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 刘志杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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