大型錨絞機關(guān)鍵零部件失效機理分析與試驗研究.pdf

1、船舶工業(yè)是為航運業(yè)和海洋開發(fā)提供主要裝備的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是保障國家安全、確保國家能源戰(zhàn)略和海洋權(quán)益維護(hù)的重要工業(yè)基礎(chǔ)。“十五”期間，我國船舶工業(yè)取得了令人矚目的成就，“十一五”更是我國造船業(yè)向第一造船大國目標(biāo)邁進(jìn)并實現(xiàn)由大到強發(fā)展的關(guān)鍵時期，但船舶配套設(shè)備發(fā)展的滯后，嚴(yán)重制約了我國船舶工業(yè)的健康發(fā)展。錨絞機作為船舶配套設(shè)備的主要設(shè)備之一，對船舶的安全營運有著十分重要的作用，但目前的設(shè)計方法保守、效率低、不能對其進(jìn)行全面的分析和計算，理論承

2、載能力與實際承載負(fù)荷之間存在較大的差異。為了在制造成本、周期和市場快速響應(yīng)等方面滿足市場的需求，提高產(chǎn)品的競爭力，需對錨絞機進(jìn)行深入系統(tǒng)的理論分析和試驗驗證。 本文結(jié)合“φ117鏈?zhǔn)藉^絞機分析與測試”研究項目，針對錨絞機中帶式制動器和滾筒設(shè)計方法偏于保守的問題，以傳熱學(xué)理論、近代力學(xué)、有限元理論和薄殼理論等為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代試驗技術(shù)和CAE軟件為研究手段，對錨鉸機中帶式制動器和滾筒等關(guān)鍵零部件的失效機理進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得了如下的主

3、要研究結(jié)論： 1) 運用撓性體摩擦理論，分析了帶式制動器的受力情況：采用SolidWorks軟件建立了帶式制動器的三維實體模型，運用MSC.Patran/MSC.Marc有限元軟件，進(jìn)行了額定工況和失效工況的機械應(yīng)力場分析，揭示了制動帶應(yīng)力場的內(nèi)部分布規(guī)律，確定了其強度失效極限載荷的大小；采用應(yīng)變法測量了制動帶額定工況下的應(yīng)力，試驗驗證了有限元分析模型的正確性。 2) 從傳熱學(xué)基本理論出發(fā)，分析了摩擦制動器熱量產(chǎn)生的機理

4、，建立了帶式制動器摩擦片的三維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)數(shù)學(xué)模型，利用MSC.Patran/MSC.Marc軟件，對帶式制動器進(jìn)行了重復(fù)制動和緊急制動兩種制動工況的瞬念溫度場分析，揭示了制動過程中摩擦片和制動帶的溫度分布規(guī)律及變化情況。 3) 運用非線性基本理論，結(jié)合接觸算法和熱-機耦合的基本原理，利用MSC.Patran/MSC.Marc有限元軟件，分析了常用工況下帶式制動器熱-機耦合問題，揭示了制動過程中摩擦片和制動帶的溫度場和應(yīng)力場分布規(guī)

5、律，探討了制動過程中沉頭螺釘?shù)氖C理。 4) 采用SolidWorks軟件建立了滾筒的三維實體模型，利用MSC.Patratl/MSC.Marc有限元軟件，進(jìn)行了額定工況(三種不同外載)和失效工況的機械應(yīng)力場分析，確定了滾筒強度失效極限載荷大小：采用應(yīng)變法測量了滾筒在額定工況下的應(yīng)力，確定了作用在滾筒上的外載荷分布規(guī)律，試驗驗證了有限元分析模型的正確性。 5) 運用薄殼理論和彈性力學(xué)理論，詳細(xì)分析了滾筒穩(wěn)定性的計算方法