绞吸挖泥船大功率绞刀切削载荷计算与桥架结构动力响应分析

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随着港口吞吐量的迅猛增加,我国的港口建设从原有的以港内扩建为主转变为在无遮蔽的外海地区建设新港口,由于很多港口都拟建在珊瑚礁和岩层海岸带上,而珊瑚礁和海底硬质岩石属于一种特殊的疏浚物质,这必将给疏浚行业带来新的机遇和挑战。目前我国岩石水下疏浚技术由于缺乏水下岩石挖掘的理论支持,造成疏浚技术准备不充分,水下疏浚设备多依赖于进口。在这种形势下,迫切需要研究新的岩石切削理论,并且以此为基础研发新的岩石疏浚装备。本文第一大部分首先研究了不同土质下的绞刀切削理论,然后重点基于绞刀切削岩石理论,利用Matlab/VB编制了研究绞刀受力以及载荷波动性的仿真系统,并通过仿真系统对绞刀切削岩石时的固有频率进行了分析,同时探讨了绞刀结构参数变化对绞刀切削载荷的影响,最后基于国外相关文献,提出了一种用于验证绞刀切削外载荷的实验方法。本文第二大部分中,通过对三艘不同功率的绞吸挖泥船桥架进行结构强度分析,探讨了随绞刀切削功率的增加,挖泥船桥架结构强度的变化规律,然后对能够切削岩石的两艘绞吸挖泥船桥架进行了干湿模态下的固有频率分析,最后基于第一部分所得到的桥架外力载荷对桥架进行了不同工况下的响应分析,探讨了挖泥船桥架的动力性能。本文的研究成果可为研发可疏浚更高强度的绞吸挖泥船桥架提供有效参考,也为后续进行更深入的切削岩石状态下的桥架结构性能研究打下了基础。
摘要第6-8页
ABSTRACT第8-9页
第一章 绪论第13-19页
    1.1 课题背景和研究的意义第13-14页
    1.2 国内外相关研究现状第14-15页
    1.3 可疏浚岩石的绞吸挖泥船发展简介第15-18页
    1.4 本文研究的主要内容第18-19页
第二章 疏浚岩石简介及岩石切削理论第19-29页
    2.1 疏浚岩石简介第19-20页
    2.2 疏浚岩石力学参数第20-24页
        2.2.1 岩石强度第20-21页
        2.2.2 岩石硬度第21页
        2.2.3 疏浚岩石失效模式第21-22页
        2.2.4 水下切削第22-23页
        2.2.5 岩石破碎频率第23页
        2.2.6 岩石延展指数第23-24页
    2.3 岩石切削理论第24-28页
        2.3.1 Evans 最大拉应力理论第25-26页
        2.3.2 西松最大剪应力理论第26-27页
        2.3.3 Griffith 经典断裂力学理论第27页
        2.3.4 岩石数值分析方法第27-28页
    2.4 本章小结第28-29页
第三章 绞刀以及桥架结构第29-35页
    3.1 绞刀第29-31页
        3.1.1 绞刀的结构组成第29-31页
        3.1.2 绞刀的分类第31页
        3.1.3 绞刀的设计与选择第31页
    3.2 挖泥船桥架第31-34页
        3.2.1 桥架设计要素第32-33页
        3.2.2 现代桥架发展趋势第33-34页
    3.3 本章小结第34-35页
第四章 绞刀切削外载荷分析第35-69页
    4.1 经验公式法第35-36页
    4.2 二维切削理论第36-41页
        4.2.1 基本参数第36-39页
        4.2.2 力的平衡第39页
        4.2.3 切削理论算法第39-41页
    4.3 切削岩石载荷分析第41-64页
        4.3.1 绞刀运动学模型第41-43页
        4.3.2 绞刀动力学模型第43-45页
        4.3.3 绞刀头的载荷波动模型第45-46页
        4.3.4 绞刀切削模型关键点分析第46-49页
        4.3.5 数值仿真系统简介第49-52页
        4.3.6 实船应用以及计算结果分析处理第52-64页
    4.4 确定岩石切削力的实验方法第64-68页
    4.5 本章小节第68-69页
第五章 桥架系统载荷分析与桥架结构强度探讨第69-81页
    5.1 桥架系统载荷分析第69-71页
        5.1.1 绞刀头受力分析第69页
        5.1.2 横移锚系统受力分析第69-70页
        5.1.3 耳轴受力分析第70-71页
    5.2 桥架强度计算结果分析第71-80页
        5.2.1 坐标系定义第72页
        5.2.2 材料特性第72页
        5.2.3 数学模型的主要参数第72-74页
        5.2.4 计算工况第74页
        5.2.5 所受载荷的确定第74页
        5.2.6 计算结果与分析第74-80页
    5.3 本章小结第80-81页
第六章 桥架固有模态比较分析第81-93页
    6.1 概述第81页
    6.2 附连水质量计算方法第81-87页
        6.2.1 附连水质量介绍第81-83页
        6.2.2 F.M.刘易斯图谱法第83-85页
        6.2.3 虚拟质量法第85-86页
        6.2.4 流体有限元法第86-87页
        6.2.5 附加质量法第87页
    6.3 桥架固有频率计算第87-91页
        6.3.1 桥架有限元模型第87-88页
        6.3.2 动力有限元边界条件的选取第88页
        6.3.3 桥架固有频率结果分析第88-91页
    6.4 桥架结构避振设计探讨第91-92页
    6.5 本章小结第92-93页
第七章 桥架结构响应分析第93-106页
    7.1 瞬态响应分析概述第93-98页
        7.1.1 直接法第93-96页
        7.1.2 模态法第96-97页
        7.1.3 模态法与直接法比较第97-98页
    7.2 桥架响应分析第98-105页
        7.2.1 切削延展性比较好的岩石的响应分析第98-99页
        7.2.2 切削脆性岩石桥架响应分析第99-103页
        7.2.3 瞬时冲击载荷探讨第103-105页
    7.3 本章小结第105-106页
第八章 总结与展望第106-108页
    8.1 主要研究工作和成果第106-107页
    8.2 研究工作展望第107-108页
参考文献第108-111页
致谢第111-112页
攻读学位期间发表的学术论文目录第112页
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