自由抛落式救生艇推进系统落水冲击响应可靠性计算研究

摘要

自由抛落式救生艇作为海洋船舶和近海设施中的紧急救生设备，已在货船、游船、钻井平台等海上设施中得到广泛的认可和应用。目前，国内外对自由抛落式救生艇安全性和可靠性方面的研究已有了相当可观的突破，但对于救生艇入水冲击载荷对其推进系统的影响却少有研究。然而，救生艇自高处抛落，强大的冲击载荷通过艇体传递到救生艇的动力系统，加之救生艇结构的入水冲击形变，可能会导致推进系统的不可逆冲击变形、主结构部件损伤以及主轴承润滑性能恶化等后果。动力系统作为实现救生艇能量传递的核心部分，其安全性和可靠性无疑是生产设计中关注的重心之一，一旦推进系统出现问题，将对救生艇造成灾难性的影响。以上问题一直没有引起国内外学者的重视，至今仍少有资料对自由抛落式救生艇推进系统入水冲击过程的可靠性做出具体分析。所以，研究自由抛落式救生艇入水冲击过程对推进系统的影响是十分必要的。
　　本研究以某380J救生艇为研究对象，分析其自由抛落后冲击载荷对其动力装置的冲击响应，主要工作内容如下：
　　首先，通过查阅和了解相关文献，根据救生艇入水过程的基本理论和研究方法，确定救生艇入水冲击过程的分析方法和求解过程。通过一系列相关计算公式，描述入水冲击过程中水面与救生艇结构之间的流固耦合作用，并论述了能量在救生艇结构中的传递过程。
　　其次，利用MSC.Dytran有限元分析程序对救生艇的入水冲击过程进行仿真分析。通过仿真分析得到了其入水冲击载荷作用下的位移、应力、速度等参数的时程变化规律。同时在得到救生艇艇体变形情况下，提取其推进系统主轴承所在位置处的冲击力大小及位移量等边界条件数据。
　　最后，基于有限元和多体动力学方法，分别建立曲轴各部件的体单元，并提取其缩减有限元模型子结构，通过非线性连接单元进行连接，建立救生艇曲轴完整的多体动力学模型。将上述提取的冲击边界条件作为外载施加到多体动力学模型中，并与正常工况下的结果进行对比，对曲轴的扭转位移、主轴承力、轴心轨迹等相关参数进行分析；同时根据曲轴的应力计算需要，建立了曲轴的精细化有限元模型，通过应力恢复，得到了曲轴的瞬态应力计算结果，并对曲轴的安全威胁程度进行了详细的分析。

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目录

第1章 绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外相关领域研究进展

1.3研究内容及方法

第2章 救生艇入水相关基本理论

2.1概述

2.2自抛艇抛落过程

2.3满载抛落过程冲击力分析

2.4流固耦合动力学模型

2.5冲击载荷在救生艇结构中的传递

2.6本章小结

第3章 救生艇有限元模型的建立

3.1概述

3.2艇体模型创建过程

3.3 有限元模型前处理

3.4本章小结

第4章 救生艇入水冲击响应特性分析

4.1 概述

4.2 冲击响应分析

4.3 推进系统的冲击响应

4.4 本章小结

第5章 救生艇曲轴多体动力学模型

5.1概述

5.2有限元模型缩减

5.3多体动力学模型创建

5.4 有限元模型恢复

5.5本章小结

第6章 曲轴多体动力学响应分析

6.1 概述

6.2振动与位移特性分析

6.3轴心轨迹分析

6.4润滑特性分析

6.5 应力恢复分析

6.6本章小结

第7章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及参研项目

致谢