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大型浮吊船体结构强度和动力学特性研究

作　者: 赵党
导　师: 夏利娟
学　校: 上海交通大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 结构强度总振动有限元法边界元法瞬态响应
分类号: U674.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

经济发展和海上大型设备施工建设需要,使大型浮吊的需求越来越广泛。浮吊船体是整个浮吊工作的支撑平台,是船上大型起重机的承载结构,针对大型浮吊短时间内起吊数千吨货物,使得船体排水量迅速增加;回转起吊货物时使得船体重心迅速改变等工作特点,本文主要研究典型工况下大型浮吊船体的结构强度和动力学特性。本文首先回顾了船体结构强度的研究方法和船体动力学特性研究的进展,之后结合7500t“蓝鲸号”大型浮吊展开具体研究。首先,针对该浮吊的工作性能要求进行中剖面设计,并根据CCS规范校核该浮吊船体结构的总纵强度,之后采用有限元法分析浮吊在工作状态时船体构件的受力情况,以及对起重机基座下船体进行局部结构校核;其次,分别采用刘易斯图谱法和边界元法,计算浮吊各工况下附连水质量,其中采用了一种基于边界元法理论的虚质量法进行计算;再次,通过建立船体一维梁模型、三维有限元模型和混合模型,研究大型浮吊船体结构的固有模态特性;接着,分析了浮吊船体在浮吊突然起吊货物激励下船体结构瞬态响应,并将其运算结果与准静态时结果进行比较、分析;最后,综合上述分析结果,对大型浮吊船体结构的整体性能进行评估、总结。本文的分析过程、分析结果对此后类似结构物结构强度和动力学特性研究有一定的参考价值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 课题背景  11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 大型浮吊主要特点  11-13
    1.2.2 船体结构强度研究  13-14
    1.2.3 船体结构动力学特性研究  14-16
  1.3 本文主要内容  16-17
第二章船体结构强度分析方法  17-27
  2.1 船体结构强度分析方法概述  17-18
  2.2 有限元法  18-26
    2.2.1 有限元方法的基本思想  18-19
    2.2.2 有限元法计算结构应力的步骤  19-26
    2.2.3 有限元方法的现状和发展趋势  26
  2.3 本章小结  26-27
第三章结构动力学特性研究方法  27-51
  3.1 动力学系统概述  27-32
    3.1.1 动力学系统  27
    3.1.2 特征值问题  27-31
    3.1.3 实特征值的提取方法  31-32
  3.2 瞬态响应分析概述  32-38
    3.2.1 直接法  32-35
    3.2.2 模态法  35-38
    3.2.3 模态法与直接法比较  38
  3.3 附连水质量计算方法  38-48
    3.3.1 附连水质量  38-40
    3.3.2 F.M.刘易斯图谱法  40-44
    3.3.3 边界元法  44-47
    3.3.4 虚质量法原理  47-48
  3.4 模型处理关键技术  48-50
    3.4.1 多点约束（MPC）  48-49
    3.4.2 动力缩减  49-50
  3.5 本章小结  50-51
第四章大型浮吊船体的结构设计和强度评估  51-69
  4.1 浮吊主要参数  51-53
  4.2 船体结构设计  53-57
    4.2.1 中剖面设计  54
    4.2.2 计算工况  54-55
    4.2.3 总纵强度估算  55-57
  4.3 船体总纵强度评估  57-62
    4.3.1 有限元模型的建立  57-58
    4.3.2 载荷确定和施加  58-59
    4.3.3 结果评估  59-62
  4.4 吊车基座下船体局部强度计算  62-68
    4.4.1 有限元模型的建立  62-63
    4.4.2 载荷及边界条件  63
    4.4.3 计算工况  63-64
    4.4.4 校核标准  64-65
    4.4.5 计算结果  65-68
  4.5 本章小结  68-69
第五章浮吊船体固有模态分析  69-102
  5.1 概述  69-70
  5.2 浮吊船体附连水质量计算  70-82
    5.2.1 F.M.刘易斯图谱法  70-78
    5.2.2 虚质量法算例验证  78-82
  5.3 浮吊船体有限元模型  82-87
    5.3.1 有限元模型  82-86
    5.3.2 载荷施加方式  86
    5.3.3 动力缩减技术  86-87
  5.4 计算结果  87-101
  5.5 本章小结  101-102
第六章浮吊船体瞬态响应分析  102-134
  6.1 典型工况下瞬态响应计算  102-123
  6.2 相同工况不同外力作用函数下瞬态响应应力比较  123-127
    6.2.1 L61 工况（吊7500t 出港）  123-125
    6.2.2 L24 工况（侧吊4000t 出港）  125-127
  6.3 计算结果比较  127-133
    6.3.1 船体首部侧吊4000t 工况下瞬态响应应力与准静态应力比较  127-129
    6.3.2 L24-1（侧吊4000t 出港）计算结果和准静态结果比较  129-131
    6.3.3 L24-2（侧吊4000t 出港）计算结果和准静态结果比较  131-133
  6.4 本章小结  133-134
第七章总结与展望  134-136
  7.1 总结  134-135
  7.2 展望  135-136
参考文献  136-139
致谢  139-140
攻读硕士学位期间发表的学术论文  140

大型浮吊船体结构强度和动力学特性研究

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