集装箱起重机整机船运状态分析研究

论文摘要

随着科学技术的进一步发展,过去那种把大型港口机械设备以散件运到现场,然后在现场总装测试的交机方式已不能适应用户的要求。90年代中期以来,上海振华港机公司推出整机运输起重机运输代替传统的散件运输。整机运输充分利用和发挥制造场地、技术、人员、设备的优势和有利条件,使在制造厂安装调试好的岸桥整机运输,对能保持整机良好的技术状态,减少岸桥到用户码头后处理各种遗留问题的时间,确保岸桥准时交付用户使用。岸边集装箱起重机(以下简称“岸桥”)由于重心高、前伸距和后伸距大,在船运过程中遭受巨浪作用时,极易造成岸桥结构破坏事故,甚至整机倾覆坠海事故。事故的发生不仅造成交货时间的延迟,影响码头正常的生产秩序,还给公司带来巨大的经济损失,甚至引起人员的伤亡。因此有必要进行岸桥船运的安全计算,减少各种损失。本文参照建筑结构学里地震分析的方法,将船舶的横荡、纵荡、垂荡、横摇和纵摇比拟成地震作用下结构的的横向、纵向、垂向振动以及横摇和纵摇,应用ANSYS软件动态分析里的瞬态分析法来计算起重机的响应,并与传统的静力学计算结果比较,得出合理的应力情况和更好的防范措施。论文内容主要包括;1.从随机海浪理论和模型出发,通过对海浪谱进行分析,找出海浪谱水质点位移、速度、加速度计算以及海浪的能量谱计算,构造船舶的响应谱。2.本文参照建筑结构学里地震分析的方法,结合随机海浪理论和结构动力学理论,将船舶的横荡、纵荡、升沉、横摇和纵摇比拟成这五个自由度的基础激励,以结构动态分析的方法,计算起重机在此种激励下的瞬态响应。3.以APDL命令流的形式输入了船舶横荡、纵荡、升沉、横摇和纵摇5自由度的基础激励,分别以静力和动力的形式计算了整个结构的应力,找到合适的绑扎方案。4.从结构动态分析的角度分别计算了起重机在船运过程中不同风向、不同船运加速度、不同绑扎方案的动态响应,找出了船运工况的安全措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景以及选题意义
• 1.2 本学科领域的科技发展简介
• 1.2.1 目前国内外发展现状
• 1.2.2 本论文研究的主要内容
• 第二章 平稳随机过程与随机海浪理论
• 2.1 随机过程的基本概念
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 随机过程的概率密度函数
• 2.1.3 随机过程的特征函数
• 2.1.4 随机过程的均值、相关函数、协方差函数和方差
• 2.2 平稳随机过程
• 2.2.1 严格意义的平稳
• 2.2.2 广义（弱）平稳
• 2.2.3 平稳过程的功率谱
• 2.2.4 自功率谱的一般性质
• 2.3 随机海浪理论与海浪模型
• 2.3.1 几点说明
• 2.3.2 Pierson模型
• 2.3.3 Longuet-Higgins模型
• 2.3.4 Fourier-Stieltjes的积分模型
• 2.4 研究海浪的谱方法
• 2.4.1 P-M谱
• 2.4.2 双参数谱
• 2.5 海浪波高统计分布
• 2.6 本章小结
• 第三章 有限元分析方法及ANSYS简介
• 3.1 有限元法的基本思想及特点
• 3.1.1 有限元法的基本思想
• 3.2 结构建模及Ansys软件简介
• 3.3 本章小结
• 第四章 动力分析概述和有限元动力分析
• 4.1 结构动力分析概述
• 4.1.1 结构动力荷载的概念和动力计算的特点
• 4.1.2 结构离散化方法
• 4.2 有限元动力分析方法
• 4.2.1 模态分析
• 4.2.1.1 建立模型
• 4.2.1.2 加载并求解
• 4.2.1.3 扩展模态
• 4.2.1.4 观察结果
• 4.2.2 瞬态动力学分析
• 4.2.2.1 概述
• 4.2.2.2 建模
• 4.2.2.3 加载并求解
• 4.2.3 谐响应分析
• 4.4.3.1 Full法
• 4.4.3.2 reduced法
• 4.4.3.3 Mode Superposition法
• 4.4.4 谱分析
• 4.4.4.1 响应谱
• 4.4.4.2 动力设计分析方法（DDAM）
• 4.4.4.3 功率谱密度（PSD）
• 4.4.4.4 单点响应谱分析过程
• 4.3 本章小结
• 第五章 岸桥整机船运措施
• 5.1 岸桥整机运输方式和绑扎方案
• 5.1.1 岸桥整机运输方式
• 5.1.2 绑扎概述
• 5.2 船舶稳性及加速度响应
• 5.2.1 船舶稳性
• 5.2.1.1 浮心与重心
• 5.2.1.2 船舶的稳定性与稳心
• 5.2.2 起重机船运加速度原理
• 5.2.3 海浪时程谱及船舶加速度响应
• 5.2.3.1 海浪时程谱
• 5.2.3.2 船舶加速度响应
• 5.3 本章小结
• 第六章 岸桥建模与应力分析
• 6.1 岸桥有限元模型的建立
• 6.1.1 模型的简化
• 6.1.2 模型中的全局坐标系的定义
• 6.1.3 模型说明
• 6.1.4 Beam188和Beam189梁单元特性简介
• 6.1.5 绑扎建模
• 6.1.6 施加约束
• 6.2 加载及应力计算
• 6.2.1 加载
• 6.2.1.1 载荷组合
• 6.2.1.2 预应力添加
• 6.2.2 应力计算
• 6.2.2.1 未绑扎时的计算
• 6.2.2.2 方案一绑扎计算结果
• 6.2.2.3 方案二绑扎计算结果
• 6.2.2.4 方案三绑扎计算
• 6.2.2.5 不同绑扎方案下结果比较
• 6.2.2.6 时程曲线的描绘
• 6.2.2.7 不同绑扎单元的计算比较
• 6.2.2.8 不同海运加速度下的计算比较
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 建模节点图