大型浮吊海浪作用下結(jié)構(gòu)靜動態(tài)性能研究.pdf

1、大型浮吊是重要的海洋工程作業(yè)設(shè)備。浮吊在海上作業(yè)時，受到海浪的作用會發(fā)生搖蕩運(yùn)動。船舶的搖蕩運(yùn)動對安裝在船上的起重機(jī)結(jié)構(gòu)和部件的安全工作產(chǎn)生影響。所以在設(shè)計浮吊時，不僅要計算浮吊結(jié)構(gòu)在自重和吊重作用下的結(jié)構(gòu)變形與應(yīng)力和在不同回轉(zhuǎn)支承橡膠壓縮剛度時滾輪受力情況，而且要研究浮吊結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性，分析計算浮吊結(jié)構(gòu)在海浪作用下的動力響應(yīng)，以保證浮吊的安全工作。浮吊結(jié)構(gòu)包括臂架、變幅鋼絲繩、系固鋼絲繩、桁框架、人字架、配重箱、回轉(zhuǎn)底盤總成及回轉(zhuǎn)支承

2、等部件。基于有限元理論，運(yùn)用ANSYS軟件建立了浮吊結(jié)構(gòu)三維有限元模型，并基于ANSYS平臺對浮吊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了在自重和吊重作用下的靜力分析；研究了回轉(zhuǎn)支承橡膠墊剛度對滾輪受力均勻性的影響；進(jìn)行了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，得到了浮吊結(jié)構(gòu)的振動特性，以及以規(guī)則海浪作用下船的運(yùn)動響應(yīng)為基礎(chǔ)激勵的浮吊結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)。其中，建立三維有限元模型時，采用了ANSYS中的SHELL63單元、BEAM188單元、LINK10單元、COMBIN14單元、MASS

3、21單元和MATRIX27單元有效地模擬了浮吊各部分結(jié)構(gòu)。靜力分析過程中主要考慮浮吊結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是否滿足。在回轉(zhuǎn)支承橡膠墊剛度對滾輪受力均勻性影響研究中，主要考查橡膠墊剛度變化時滾輪受力變化規(guī)律。模態(tài)分析中，通過計算在浮吊起吊7500t工況的模態(tài)，得到浮吊結(jié)構(gòu)的振動特性，為后續(xù)動力分析計算打下基礎(chǔ)。諧響應(yīng)分析中，主要考查浮吊結(jié)構(gòu)以規(guī)則海浪作用下船的運(yùn)動響應(yīng)為基礎(chǔ)激勵的位移響應(yīng)和應(yīng)力響應(yīng)。通過本文的研究發(fā)現(xiàn)，在靜力狀態(tài)下浮吊結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求

4、，在回轉(zhuǎn)底盤與桁框架梁連接處的應(yīng)力相對較大；橡膠墊壓縮剛度越小，滾輪受力越均勻。通過模態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，浮吊結(jié)構(gòu)的振型主要表現(xiàn)為主鉤鋼絲繩-吊重系統(tǒng)擺動和臂架振動，振動頻率都很低；第1和第2階模態(tài)為主鉤鋼絲繩-吊重系統(tǒng)擺動，其他階模態(tài)主要為臂架振動。通過諧響應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，海浪方向?yàn)?0°時浮吊動力響應(yīng)比較大；吊重起升至比較高位置時，浮吊動力響應(yīng)比較大；因船舶橫搖大于縱搖，故浮吊的橫向位移大于縱向和垂向位移，鋼絲繩-吊重系統(tǒng)橫向擺角大于縱向擺角；