海上风电吊装装备金属结构有限元分析

【摘要】：在当今能源高度紧张的情况下，风力发电是世界各国重力投入的项目，风机安装是风力发电的关键技术，用于风机安装的起重机对起重能力和起吊高度上有更高的要求，而海上风机安装相比于陆地上有较高的难度，所以各国投入大量的人力、物力用于风电吊装装备的研发。在风电安装过程中起重机承受很大冲击载荷等因素影响，将直接影响风电安装安全性，因此本文对用于风电吊装的起重机进行了强度等关键技术研究，主要的研究内容有： 1)起重机关键金属结构强度和刚度分析 通过起重机经典理论的分析，完成了起重能力460吨、起吊高度100米的起重机设计，并根据起重机经典校核理论对其进行了校核。建立起重机金属结构的有限元模型，根据起重机的危险工况对模型进行加载和约束，对该模型进行静态分析，得到起重机各部分金属结构在危险工况下的应力云图和位移云图，掌握了各部分金属结构应力集中和危险区域，为起重机的设计提供了参考依据。 2)起重机重要金属结构吊臂的模态分析 通过对吊臂系统进行模态分析，得到前6阶的振型图和振动频率来反应吊臂的振动特性。通过对起重机系统工作时马达启动、货物偏摆等情况振动现象的研究，将得到的结果与模态分析得出的吊臂的固有频率进行比较分析，验证吊臂结构设计的合理性。 3)起重机重要金属结构吊臂瞬态特性分析 运用有限元分析软件ABAQUS对吊臂在不同启动方式下产生的不同冲击载荷进行了瞬时动态特性分析，得到了吊臂在冲击载荷极限工况下的应力云图和位移云图以及危险部位。最后，通过对四种起升工况下的吊臂进行瞬时动力学分析，获得了不同启动情况下的吊臂系统垂直方向位移、速度、加速度以及吊重所受合力随时间历程响应。此次分析给操作人员提供了起重机的工作情况，为以后的起重机设计工作者提供参考，也进一步验证了本文设计起重机建模、求解过程的正确性。 【关键词】：起重机设计计算 静力计算 模态分析 瞬态特性分析
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 研究背景、目的和意义13
• 1.2 国内外研究状况13-19
• 1.2.1 国内外起重机发展状况13-18
• 1.2.2 船用起重机的国内外发展状况18-19
• 1.3 论文的结构和研究内容19-21
• 1.3.1 论文结构19
• 1.3.2 研究的内容19-21
• 第2章 有限元理论及其软件介绍21-35
• 2.1 大吨位桁架式吊臂的经典计算方法和理论校核21-25
• 2.1.1 吊臂所受载荷的计算21-23
• 2.1.2 吊臂强度计算23-24
• 2.1.3 吊臂刚度计算24
• 2.1.4 吊臂稳定性计算24-25
• 2.2 有限元单元法基础知识25-32
• 2.2.1 微分方法的提法25-29
• 2.2.2 位移有限单元法29-30
• 2.2.3 应力有限单元法30-32
• 2.3 有限元分析软件 HyperWorks 和 ABAQUS32-33
• 2.3.1 HyperWorks 的功能块 HyperMesh 的介绍32-33
• 2.3.2 ABAQUS 的介绍33
• 2.4 研究对象有限元模型的建立33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 船用起重机金属结构的静态分析35-52
• 3.1 载荷和边界条件处理35-41
• 3.1.1 载荷36-38
• 3.1.2 边界条件处理38-41
• 3.2 线性计算41-51
• 3.2.1 起重机各部分金属结构的许用强度和刚度41-42
• 3.2.2 工况 1 线性计算及结果分析42-46
• 3.2.3 工况 2 线性计算及结果分析46-51
• 3.3 本章小结51-52
• 第4章 船用起重机重要金属结构吊臂的模态分析52-58
• 4.1 模态分析的基本理论52-54
• 4.1.1 结构的固有特性52
• 4.1.2 结构动力响应52-54
• 4.2 模态分析的结果54-55
• 4.3 起重机各工作部件频率的研究55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 船用起重机重要金属结构吊臂的瞬态特性分析58-71
• 5.1 瞬态动力学的基本理论58-59
• 5.2 阻尼59-60
• 5.3 吊臂动态工况分析60-61
• 5.4 吊臂瞬时动力学分析结果61-64
• 5.5 吊臂起升过程的动力响应分析64-70
• 5.5.1 系统响应分析64-65
• 5.5.2 起升过程激励曲线65-66
• 5.5.3 预张紧阶段分析计算66-67
• 5.5.4 系统振动响应分析结果67-70
• 5.6 本章小结70-71
• 总结与展望71-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文及参与的科研项目76-77
• 致谢77

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