港口船舶牵引机械强度及稳定性分析

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Static Performance and Stability Analysis of Boat-Haulage M achineHAN Long， QIAN Yi(School of Mechanical Engineering，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)Abstract：A finite element model of the boat-haulage machine was established by using PRO/E and ANSYSWORKBENCH.Boundary conditions and load combinations ofhe finite element model were discussed.The stressdistribution and the buckling load of the machine during working were obtained.According to the calculation results，the rationality of the structural design was evaluated。

Key words：finite element analysis，static analysis，boat-haulage船舶牵引机械是中大型港口常用的港口设备，其作用在于拉动货船沿岸边平行移动，便于装卸货物。由于该机械属悬臂细长结构，其强度、刚度和稳定性决定牵引机械的T作可靠性和安全性，在结构设计时，必须分析满载时结构的强度、刚度和稳定性。冈此，正确的设计过程是给出结构的初步设计方案- 运用有限元软件 ANSYS Workbench仿真平台建立船舶牵引机械的整体结构有限元模型，并对其进行静力分析 - 获柔构在静载作用下的应力变形分布 - 对整体结构进行稳定性分析 - 根据分析结果，改进设计方案并进行优化。

文中在静力分析的基础上，对牵引机械进行稳定性求解，同时参照相关起重机设计规范，对于机构的初步设计方案进行合理性评估。

1 船舶牵引机械有限元模型的建立1.1 牵引机械三维实体模型船舶牵引机械的金属结构主要包括塔顶 、起重臂架、平衡臂、滑轮组、绞车以及 回转支承等组成。

其中起重臂架上弦杆为西168×12规格的无缝钢管，下弦杆为两根 180×180×14的方管，腹杆为 63×9规格的无缝钢管，拉索为西25钢缆。根据设计意图及尺寸在 PRO/E里建立船舶牵引机械初步的 维实体模型，如图 1所示。

作者简介：韩 龙(1988-)，男，湖北宜昌人，机械设计与理论专业硕士研究生。

通信作者：钱 怡(1962-)，女，江苏无锡人，副教授，硕士生导师。主要从事机械及包装结构的动、静态性能等研究。Email：yiqian###jiangnan.edu.cn第1期 韩 龙等：港口船舶牵引机械强度及稳定性分析 73假设前屈曲行为是-个外加载荷P。的线性函数PAP。；uAU。； Aor。

则可得[ (or)]：A[K。( 。)]而式(4)变为△P[[ ]A[K。(or。)]]△在不稳定开始时(屈曲载荷P。 )，△P0，存在非零位移增量Au，故此时增量平衡方程变为[[ ]A[K。(17"。)]]△ 0上述关系代表经典特征值问题，若结构处于不稳定状态，平衡方程必有特殊解，即det[[ ]A[K。(or。)]]0在 n自由度的有限元模型中，上述方程产生A(特征值)的/Z阶多项式，特征向量 △ 表示屈曲时叠加到系统上的变形，由计算出的 A最小值给定弹性临界载荷P AP。。

依据上述原理，在静力分析的基础上，将相关数据传递到线性屈曲拈(Linear Buckling)，设置提取-阶屈曲模态并求解。屈曲变形结果如图5(2.2×1O 倍率)所示，载荷系数为 26.366，实际载荷值34.3 kN，小于临界载荷值904.3 kN，牵引机械满足稳定性要求。

- - 图5 屈曲变形Fig.5 Buckling deformation of boat-haulage machine4 结 语基于三维建模软件 PRO/E及有限软件 ANSYSWorkbench平台的无缝协同建模 ，高效率的建立了牵引机械的有限元模型，并对牵引机械的变形、各部分的应力及结构稳定性进行了全面分析，直观得到机械的应力和变形分布及失稳位置，验证了初步设计方案的合理性，也为机械的进-步优化打下了基础，充分体现了这种分析思路在现代设计中的重要价值。