全液压船用甲板起重机的虚拟样机建模与动态仿真研究

论文摘要

随着大量海洋石油平台建设的兴起和海上石油开发的需要,船用甲板起重机械市场持续升温。面对以多品种小批量生产和大批量定制生产逐渐成为主导的船用甲板机械生产形式的市场需求,缩短产品开发周期,降低产品开发成本,改进产品设计质量,提高面向客户与市场需求的能力成为了起重机设计者追求的目标。随着CAD／CAE技术的逐渐成熟以及ADAMS软件的普及,虚拟样机技术和ADAMS分析软件在船舶制造、船用甲板起重机械和机器人系统模拟和控制的诸多领域体现了其优良的应用价值。虚拟样机技术的研究和发展为全液压船用甲板起重机的设计提供了便捷的开发手段。全液压船用甲板起重机作为一种复杂的电动液压折臂式近海甲板起重机,必须借助于虚拟样机技术在方案的初始阶段对船用甲板起重机进行各种工况作业条件下的动力学仿真模拟,输出仿真参数和结果,以此来判断船用甲板起重机设计的合理性,从而为全液压船用甲板起重机的创新设计和优化设计提供先进的技术支持,适应了市场需求。本论文利用ADAMS软件来应用于50t全液压船用甲板起重机设计开发,对起重机整机虚拟样机系统进行系统的多刚体和刚柔耦合动力学仿真以及液压传动系统动力学仿真等方面的研究工作,主要内容如下：(1)利用三维建模软件UG建立船用甲板起重机多刚体系统装配体模型后,将整机系统装配体模型导入到ADAMS软件系统,施加相关约束和驱动载荷后,进行船用甲板起重机的多刚体动力学仿真研究并输出相应动载荷；(2)利用ADAMS软件中的液压传动模块ADAMS/Hydraulics对船用甲板起重机主变幅机构的液压传动系统回路进行动力学仿真建模,研究液压传动系统回路与整机多刚体虚拟样机系统之间的动力关系；(3)在ANSYS软件中建立船用甲板起重机金属结构的有限元模型,导出模态中性文件。将模态中性文件导入ADAMS建立多柔体系统的刚柔耦合虚拟样机,对多个柔性体的刚柔耦合动态仿真进行研究,并对仿真后的数据结果进行分析。基于ADAMS的虚拟样机技术在50t全液压船用甲板起重机设计开发中的成功运用,为起重机械的动态设计提供一种先进的动力学仿真方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的和意义
• 1.2 与课题有关的国内外研究现状和发展动态
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 虚拟样机技术综述和动力学分析软件
• 2.1 引言
• 2.2 虚拟产品开发与虚拟样机技术
• 2.2.1 虚拟产品开发
• 2.2.2 虚拟样机技术
• 2.3 数字化功能样机及机械系统动力学分析与仿真
• 2.3.1 数字化功能样机
• 2.3.2 机械系统动力学分析与仿真概述
• 2.3.3 数字化功能样机与机械系统动力学分析与仿真概述
• 2.4 机械系统动力学分析软件ADAMS
• 2.4.1 ADAMS基本模块
• 2.4.2 ADAMS的主要文件
• 2.4.3 ADAMS参数化建模实现
• 2.5 本章小结
• 第3章 ADAMS多体系统动力学基础理论
• 3.1 多体系统动力学研究现状
• 3.1.1 多体系统动力学基本概念
• 3.1.2 ADAMS多体系统动力学建模理论基础
• 3.1.3 ADAMS多体系统动力学仿真的方法
• 3.2 ADAMS多刚体系统动力学建模
• 3.2.1 ADAMS多刚体系统动力学理论
• 3.2.2 ADAMS三维多刚体系统运动学
• 3.2.3 ADAMS三维多刚体系统动力学
• 3.3 ADAMS多柔体系统动力学建模
• 3.3.1 多柔体系统中的坐标系
• 3.3.2 ADAMS多柔体系统运动学
• 3.3.3 ADAMS多柔体系统动力学
• 3.4 本章小结
• 第4章 全液压船用甲板起重机多刚体系统动力学仿真
• 4.1 起重机动力学问题的特点
• 4.2 50t全液压船用甲板起重机的结构及性能参数
• 4.2.1 50t全液压船用甲板起重机整机结构及工作原理
• 4.2.2 50t全液压船用甲板起重机性能参数
• 4.3 ADAMS中建立动力学仿真模型的方法
• 4.3.1 几何模型的创建
• 4.3.2 添加约束
• 4.3.3 施加载荷
• 4.3.4 仿真分析与仿真结果后处理
• 4.4 50t全液压船用甲板起重机多刚体系统虚拟样机的实现
• 4.4.1 UG文件导入ADAMS环境中的模型建立
• 4.4.2 50t全液压船用甲板起重机多刚体拓扑结构—PART表
• 4.4.3 50t全液压船用甲板起重机多刚体拓扑结构—约束连接表
• 4.4.4 50t全液压船用甲板起重机多刚体系统动力学仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 全液压船用甲板起重机液压系统动力学仿真
• 5.1 液压传动系统仿真概述
• 5.1.1 液压传动系统仿真的原理及技术
• 5.1.2 液压传动系统的构成
• 5.1.3 液压传动系统的建模步骤
• 5.2 50t全液压船用甲板起重机主变幅机构液压系统建模
• 5.2.1 主变幅机构液压传动系统的主要配置
• 5.2.2 主变幅机构液压传动系统原理图
• 5.2.3 主变幅机构液压传动系统仿真分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 全液压船用甲板起重机刚柔耦合动力学仿真
• 6.1 引言
• 6.2 基于有限元分析软件ANSYS的ADAMS柔性体的实现
• 6.2.1 模态的概念
• 6.2.2 ADAMS与ANSYS的接口技术及柔性体的编辑
• 6.3 50t全液压船用甲板起重机刚柔耦合动力学仿真
• 6.3.1 主钩50t工况时的仿真分析
• 6.3.2 主钩25t工况时的仿真分析
• 6.3.3 副钩10t工况时的仿真分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 研究总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文与参加的科研项目