船载直升机系留载荷分析及优化设计研究

论文摘要

由于受海上风浪和船舶运动状态的影响,当船载直升机在船舶上系留时处于一个较为复杂的运动环境中。因此,进行系留索具的载荷计算和甲板系留座的位置优化从而实现直升机的安全可靠系留是一个非常重要的工程问题。本论文结合实际工程需要,开展了船载直升机系留载荷分析和优化设计研究。本文首先分析了船载直升机的各种系留方式,并得出了在船舶处于最大横摇角时,各种系留方式的系留索具载荷表达式;其次根据船载直升机的系留方式,运用有限元理论与优化设计理论,建立了船载直升机机体、系留索具、甲板系留座三者之间的力学模型,实现了对船载直升机的有限元分析,得到了各种系留方式下系留索具的载荷变化曲线,并提出甲板系留座的结构形式,对其进行结构强度分析;然后采用ANSYS参数化设计语言APDL及ANSYS的优化设计功能,对船载直升机的甲板系留座位置进行优化,提炼出优化的目标和约束条件,得到各种系留方式下的甲板系留座最佳布局方案;最后以Visual C++和ANSYS为开发工具,开发出了一套完整的软件系统,可以实现船载直升机的系留载荷分析及系留座布局优化设计等功能,为船载直升机的系留设计提供了一种快捷、有效的途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 船载直升机的应用和发展
• 1.1.2 船载直升机的研究
• 1.2 船载直升机的系留
• 1.2.1 系留的影响因素
• 1.2.2 系留座的结构分析与布局优化
• 1.3 船载直升机系留研究现状及问题
• 1.4 论文结构安排
• 第2章 直升机系留力的数学模型建立
• 2.1 直升机的系留方式
• 2.1.1 八条索系留
• 2.1.2 六条索系留
• 2.1.3 四条索系留
• 2.2 直升机系留时的受力情况
• 2.3 惯性加速度的计算
• 2.4 系留索具受力模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 直升机系留参数化建模及有限元分析
• 3.1 概述
• 3.2 有限元法的基本理论
• 3.3 系留索具的力学性质
• 3.4 采用的各种单元类型
• 3.4.1 系留索的单元类型
• 3.4.2 直升机的单元类型
• 3.4.3 预紧力单元
• 3.4.4 甲板平面的单元类型
• 3.5 直升机外载荷分析
• 3.6 船载直升机的参数化有限元建模
• 3.6.1 参数化程序设计语言APDL
• 3.6.2 船载直升机系留的参数化建模
• 3.7 船载直升机系留的有限元分析
• 3.7.1 有限元求解过程
• 3.7.2 有限元求解结果分析
• 3.7.3 有限元结果验证
• 3.8 本章小结
• 第4章 甲板系留座的设计与有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 系留座的结构特点
• 4.3 系留座的结构有限元分析
• 4.3.1 模型的建立
• 4.3.2 单元类型选择
• 4.3.3 有限元网格划分
• 4.3.4 系留座的载荷和约束
• 4.3.5 系留座结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 船载直升机系留的优化设计
• 5.1 引言
• 5.2 优化设计的一般理论
• 5.2.1 概述
• 5.2.2 优化设计的数学模型
• 5.2.3 优化方法的分类与选择
• 5.3 ANSYS优化技术
• 5.4 船载直升机系留优化
• 5.4.1 优化模型的确定
• 5.4.2 优化方法的确定
• 5.4.3 优化过程
• 5.5 优化结果分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 “船载直升机系留及优化”软件系统开发
• 6.1 概述
• 6.2 系统结构分析
• 6.3 系统开发环境的软件选择
• 6.4 ANSYS与VC++的接口技术
• 6.5 系统运行主要界面
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢