發(fā)布時間：2017-11-18 02:21

  本文關(guān)鍵詞：彈性撇纜器的設(shè)計(jì)與分析

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【摘要】：近年來,氣候變化異常、極端自然災(zāi)害頻發(fā),臺風(fēng)、強(qiáng)冷空氣頻繁襲擊海上航行的船舶,導(dǎo)致海上突發(fā)的安全事故時有發(fā)生,海上人命救助面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。海上的救援首先要通過撇纜將救助船舶與遇難船舶相連接,但人工撇纜的危險(xiǎn)和撇纜的距離制約了救助進(jìn)程,需要使用撇纜器撇纜。撇纜器的撇纜球在拋出后會牽引著引纜繩隨之一起運(yùn)動,因此構(gòu)成一時變質(zhì)量系統(tǒng)。時變質(zhì)量系統(tǒng)的運(yùn)動是指在經(jīng)典力學(xué)的研究領(lǐng)域中,運(yùn)動系統(tǒng)的質(zhì)量隨著時間的變化而發(fā)生有規(guī)律或隨機(jī)的變化。依據(jù)時變質(zhì)量系統(tǒng)的空間運(yùn)動軌跡,為設(shè)計(jì)一款可便攜的安全的撇纜器提供可能成為本項(xiàng)研究的重點(diǎn)。撇纜球和引纜繩構(gòu)成了撇纜器彈體時變質(zhì)量系統(tǒng),撇纜球運(yùn)動中質(zhì)量不發(fā)生變化,而引纜繩的質(zhì)量會隨著時間發(fā)生變化。本研究首先以撇纜器彈體系統(tǒng)的空間運(yùn)動軌跡為依托,通過綜合運(yùn)用動量定理、米歇爾斯基方程以及牛頓第二定律,建立了由撇纜球和引纜繩構(gòu)成時變質(zhì)量系統(tǒng)的動力學(xué)模型。運(yùn)用四階-五階龍格-庫塔法對所建立的動力學(xué)模型基于給定的初始條件的彈體系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值解析,并通過Matlab進(jìn)行模擬仿真,得到撇纜球與引纜繩的空間運(yùn)動軌跡。其次,在對時變質(zhì)量系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)建模過程中,將時變質(zhì)量運(yùn)動分為時變加質(zhì)量與時變減質(zhì)量,分別與時不變定質(zhì)量運(yùn)動對比并進(jìn)行分析。根據(jù)撇纜器結(jié)構(gòu)簡單、撇纜球設(shè)計(jì)制作容易、空間運(yùn)動穩(wěn)定和使用操作方便的需求,確定所設(shè)計(jì)的撇纜器應(yīng)基于時變加質(zhì)量系統(tǒng)。由于撇纜器常在海上使用,對時變加質(zhì)量系統(tǒng)受風(fēng)速影響進(jìn)行了初步分析和模擬仿真。同時考慮到船舶系泊時撇纜和受纜的高度差對時變加質(zhì)量系統(tǒng)運(yùn)動軌跡的影響,對模型做了進(jìn)一步解算。第三,在分析現(xiàn)有撇纜器的基礎(chǔ)上,完成彈性撇纜器的總體裝配圖設(shè)計(jì),并應(yīng)用Solidworks對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及零件進(jìn)行了計(jì)算和應(yīng)力分析,并利用Fluent軟件對撇纜球的形狀進(jìn)行優(yōu)化分析。最后,為驗(yàn)證建立的動力學(xué)模型的正確性,加工制作了一款樣機(jī),并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)過程采用錄像方式記錄撇纜球和引纜繩從彈性撇纜器射出的空間運(yùn)動軌跡,錄像實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過圖像分析軟件處理后得到撇纜球在各個時間段內(nèi)的空間位置坐標(biāo),將處理后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與Matlab模擬仿真結(jié)果對比分析,得出本研究所建立的時變質(zhì)量動力學(xué)模型和仿真結(jié)果是正確的。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U667.6

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本文編號：1198220