1000吨起重船后移式臂架设计与有限元分析(附件)
摘 要摘 要起重船是水面上的起重机，在港口建设，桥梁建造等大型工程中都能见到它的身影，它在水上打捞救险中也发挥了重要作用。而起重船的臂架是承载重物的主要部件，它决定了起重船的起重能力以及起重时的安全稳定性，因而臂架的设计显得尤为重要。本文在参考了以往起重船臂架的设计并结合了机械设计知识，对起重船臂架梁进行了设计，并通过有限元分析软件ANSYS建立了臂架梁的有限元分析模型，在分析了臂架梁的受力情况下，对模型添加约束和载荷，进行臂架梁的静力分析，得出它的应力情况以及变形情况，从而评估它的承载性能。此外，通过改变臂架梁的截面形状，分析梁界面形状的对臂架应力的不同影响，从而寻取更优的方案。分析结果表明，臂架截面形状的改变对应力的影响并不是很大。要增加臂架的强度应该向着优化桁架结构的方向着手。关键词：有限元；起重船臂架；静力分析；截面；应力目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外起重船发展现状 1
1.3 课题研究内容 2
第二章 起重船臂架的概述及受力分析 4
2.1 起重船的结构分析 4
2.2 起重船臂架的受力分析 5
2.3 起重船后移式臂架 7
第三章 有限元分析及臂架的模型的建立 10
3.1 有限元分析的介绍 10
3.1.1 有限元方法 10
3.1.2 有限元分析软件ANSYS 11
3.2 1000吨起重船臂架模型 13
3.2.1 起重船的参数及臂架三维模型13
3.2.2 臂架有限元模型的建立13
3.3 臂架截面的类型14
3.4 材料的选择及施加边界条件17
3.4.1 材料的参数17
3.4.2 边界条件的设定18
第四章 起重船臂架的静力分析20
4.1 应力图的选择20
4.2 圆形截面的静力分析20
4.3 矩形截面的静力分析23
4.4 工字形截面的静力分析25
结论29
致谢 30
参考文献31
3.4.1 材料的参数17
3.4.2 边界条件的设定18
第四章 起重船臂架的静力分析20
4.1 应力图的选择20
4.2 圆形截面的静力分析20
4.3 矩形截面的静力分析23
4.4 工字形截面的静力分析25
结论29
致谢 30
参考文献31
第一章 绪论
研究背景
看出我国对能源的需求是巨大的，从各类工厂到家用汽车，都需要大量的油气资源。传统的陆上油气资源已经难以完全满足能源的需求，能源是具有战略意义的资源，而转向具有丰富的油气资源的海上进行能源开发势在必行。海上开采能源的比重将逐年加大，由此将带来对海上装备的需求。海上平台的建设，离岸的石油设备的建设必然会增加对海上起重设备的需求。另一方面，经济全球化的趋势在不断加强，各国间的经济贸易往来越来越频繁，从而使得港口的建设愈加迫切，起重船也成了建设的重要设备。此外，长江沿线及沿海地区港口货物的吞吐量很大，大型基础设施建设多，需要许多吨位较大的起重船，但是实际情况是，目前较为大型的起重船，超过1000吨的仅仅只有5艘左右，需求远远得不到满足，因而起重船的开发迫在眉睫[1]。
起重船市场的发展推动了技术的进步。早期我国从国外引进的建造技术，现在经过多年的发展，吸收了国外的先进技术，同时，各个造船厂、设计机构也具备了自主研发的能力，起重船的设计与制造都有了长足的进步，由上海振华港机建造的7500吨级全回转起重“蓝鲸号”投入使用，该船是世界上最大的单臂起吊船[1]。起重船正向着大型化发展。而大型化的起重船受力更加复杂，设计与建造难度高，有限元的动态仿真在设计过程中的地位就显得更加重要[2]。
起重船的起重机可分为两类，一种是回转式的，除了可以在变幅平面内做变幅运动外，起重机还可以绕着转台回转，这样就可以扩大起重船的起重范围，也可在不用时将臂架转过一定角度搁置在起重船上，但结构复杂，技术要求也较高。另一种是固定式的，即臂架只能绕人字架变幅摆动，也就是重物只能前后移动却不能横向移动，而想要横向移动只能靠船舶移动，因而作业能力有所限制，但是结构相对简单，因为成本也比较低廉，所以还是有不错的市场[3]。本文所设计的就是固定式的臂架梁结构。
1.2 国内外起重船发展现状
大型的浮吊的出现，缩短了海上工程周期，同时降低了成本，缩短了周期。就目前而言，中、日、韩、挪威有较多的起重船。在国内
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外起重船发展现状 1
1.3 课题研究内容 2
第二章 起重船臂架的概述及受力分析 4
2.1 起重船的结构分析 4
2.2 起重船臂架的受力分析 5
2.3 起重船后移式臂架 7
第三章 有限元分析及臂架的模型的建立 10
3.1 有限元分析的介绍 10
3.1.1 有限元方法 10
3.1.2 有限元分析软件ANSYS 11
3.2 1000吨起重船臂架模型 13
3.2.1 起重船的参数及臂架三维模型13
3.2.2 臂架有限元模型的建立13
3.3 臂架截面的类型14
3.4 材料的选择及施加边界条件17
3.4.1 材料的参数17
3.4.2 边界条件的设定18
第四章 起重船臂架的静力分析20
4.1 应力图的选择20
4.2 圆形截面的静力分析20
4.3 矩形截面的静力分析23
4.4 工字形截面的静力分析25
结论29
致谢 30
参考文献31
3.4.1 材料的参数17
3.4.2 边界条件的设定18
第四章 起重船臂架的静力分析20
4.1 应力图的选择20
4.2 圆形截面的静力分析20
4.3 矩形截面的静力分析23
4.4 工字形截面的静力分析25
结论29
致谢 30
参考文献31
第一章 绪论
研究背景
看出我国对能源的需求是巨大的，从各类工厂到家用汽车，都需要大量的油气资源。传统的陆上油气资源已经难以完全满足能源的需求，能源是具有战略意义的资源，而转向具有丰富的油气资源的海上进行能源开发势在必行。海上开采能源的比重将逐年加大，由此将带来对海上装备的需求。海上平台的建设，离岸的石油设备的建设必然会增加对海上起重设备的需求。另一方面，经济全球化的趋势在不断加强，各国间的经济贸易往来越来越频繁，从而使得港口的建设愈加迫切，起重船也成了建设的重要设备。此外，长江沿线及沿海地区港口货物的吞吐量很大，大型基础设施建设多，需要许多吨位较大的起重船，但是实际情况是，目前较为大型的起重船，超过1000吨的仅仅只有5艘左右，需求远远得不到满足，因而起重船的开发迫在眉睫[1]。
起重船市场的发展推动了技术的进步。早期我国从国外引进的建造技术，现在经过多年的发展，吸收了国外的先进技术，同时，各个造船厂、设计机构也具备了自主研发的能力，起重船的设计与制造都有了长足的进步，由上海振华港机建造的7500吨级全回转起重“蓝鲸号”投入使用，该船是世界上最大的单臂起吊船[1]。起重船正向着大型化发展。而大型化的起重船受力更加复杂，设计与建造难度高，有限元的动态仿真在设计过程中的地位就显得更加重要[2]。
起重船的起重机可分为两类，一种是回转式的，除了可以在变幅平面内做变幅运动外，起重机还可以绕着转台回转，这样就可以扩大起重船的起重范围，也可在不用时将臂架转过一定角度搁置在起重船上，但结构复杂，技术要求也较高。另一种是固定式的，即臂架只能绕人字架变幅摆动，也就是重物只能前后移动却不能横向移动，而想要横向移动只能靠船舶移动，因而作业能力有所限制，但是结构相对简单，因为成本也比较低廉，所以还是有不错的市场[3]。本文所设计的就是固定式的臂架梁结构。
1.2 国内外起重船发展现状
大型的浮吊的出现，缩短了海上工程周期，同时降低了成本，缩短了周期。就目前而言，中、日、韩、挪威有较多的起重船。在国内
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