海洋工程深水实验水池浮底牵引系统优化研究

论文摘要

海洋工程结构在风浪流环境条件下的运动响应一直是工业界和学术界关注的热点问题之一。由于海洋环境的复杂性,以及技术设备的限制性,试验水池是目前海洋工程研究工作开展的关键途径。基于海洋工程相关学科建设发展的迫切需要,针对现阶段国内试验水池建造技术不成熟及功能不完善等问题,大连理工大学计划建立一座功能更为完善技术更为成熟的新型海洋工程试验基地。本文基于大连理工大学海洋工程深海工程创新实验基地项目,主要对海洋工程深水实验水池升降浮底牵引系统进行了优化研究。首先,针对浮底相关结构的功能需求,了解其实现的工作原理。然后,利用ANSYS软件对实验室组合式浮底进行三维建模,设计多种钢丝绳吊点方案,分别开展不同吊点方案对浮底作用效果的研究,分析不同吊点位置下浮底位移以及平衡情况,以及钢丝绳的强度,从而获得最优吊点布置方案。最后对实验室卷扬机卷筒进行三维建模,探究绳槽对卷筒承载能力的影响,通过改变钢丝绳缠绕的层数来验证卷筒是否符合实际工作的强度需求。通过对海洋工程深水实验水池浮底牵引系统进行优化研究,结果表明浮底及其牵引系统受到的影响作用均在设计要求范围内,浮底结构能够安全运行,并提出最终的优化方案。本次研究为海洋工程深水池浮底的后续设计优化工作提供新的思路,为新型海洋工程试验基地的建设提供决策参考。

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摘要

Abstract

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 研究现状

1.2.1 升降平台发展及研究现状

1.2.2 卷扬机卷筒发展及研究现状

1.3 研究内容

1.3.1 钢丝绳布点的优化

1.3.2 绞车位置的优化布置

1.3.3 牵引系统卷筒强度分析

2 浮底相关结构功能及工作原理

2.1 浮底结构概述

2.2 组合式浮底

2.2.1 浮底本体结构

2.2.2 旋转工作台

2.2.3 浮底升降系统

2.2.4 浮底分布式平台

2.2.5 浮底纵向导向、顶紧装置

2.2.6 浮底横向导向、顶紧装置

2.3 实现功能

2.3.1 升降功能

2.3.2 安装实验装置时免除潜水作业

2.3.3 水下模拟装置的安装基础及负载的功能

2.3.4 池内造流功能

2.4 本章小结

3 浮底钢丝绳布点的优化布置

3.1 引言

3.2 有限元理论及ANSYS软件的概述

3.2.1 有限元分析技术

3.2.2 ANSYS软件介绍

3.3 浮底ANSYS有限元模型的建立

3.3.1 单元的选取

3.3.2 材料属性

3.3.3 荷载及约束的施加

3.4 钢丝绳布点分析

3.4.1 绞车单侧布置时钢丝绳布点

3.4.2 不同台数绞车单侧布置时钢丝绳拉力分析

3.5 浮底表面受力变形分析

3.6 绞车位置的优化

3.7 本章小结

4 卷扬机卷筒的优化设计

4.1 卷筒的强度

4.1.1 钢丝绳拉力的降低系数

4.1.2 钢丝绳单层缠绕时的拉力降低系数

4.1.3 钢丝绳多层缠绕时的拉力降低系数

4.2 卷筒外载荷及筒壳变形微分方程

4.2.1 卷筒的外载荷

4.2.2 筒壁计算时的力学模型

4.2.3 卷筒绳槽对承载能力的影响

4.2.4 卷筒标准绳槽截面参数计算

4.2.5 深绳槽卷筒截面参数计算

4.3 有限元模型的建立

4.3.1 卷筒有限元模型的建立

4.3.2 卷筒参数的确定

4.3.3 边界条件的简化及约束的施加

4.3.4 外荷载的施加

4.4 光筒的有限元分析

4.4.1 材料的设置与网格的划分

4.4.2 加载及求解

4.4.3 后处理

4.5 绳槽卷筒的有限元分析

4.5.1 单层缠绕绳槽卷筒有限元分析

4.5.2 双层缠绕绳槽卷筒有限元分析

4.6 在最优钢丝绳布置时卷扬机卷筒强度分析

5 结论与展望

5.1 论文工作总结

5.2 展望

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄森

导师: 李玉刚,乔东生

关键词: 升降浮底,牵引系统,卷扬机卷筒,强度校核,优化方案

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 大连理工大学

基金: 大连理工大学海洋工程深海工程创新实验基地项目

分类号: P75

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.002335

总页数: 67

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