【摘要】：本研究為大連惠誠(chéng)工貿(mào)有限公司委托項(xiàng)目,以魷魚(yú)釣的起重吊臂為例,主要研究魷魚(yú)釣起重吊臂的優(yōu)化設(shè)計(jì),在同等用材的情況下,提高起重吊臂的額定載荷及安全性。以仿生學(xué)為研究手段,以獨(dú)角仙為研究對(duì)象。對(duì)獨(dú)角仙的頭角進(jìn)行系統(tǒng)研究,提取其頭角的生物特性參數(shù)并加以利用,對(duì)傳統(tǒng)的起重吊臂等細(xì)長(zhǎng)型桿件進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿生優(yōu)化。為同類型的其他用途的細(xì)長(zhǎng)型部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)理論依據(jù)與技術(shù)方法。本文從獨(dú)角仙頭角的三維輪廓信息提取開(kāi)始研究,利用三維激光掃描系統(tǒng)獲得獨(dú)角仙頭角的點(diǎn)云數(shù)據(jù),利用IMAGEWARE軟件對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行處理,并重構(gòu)其曲面模型及實(shí)體模型。將實(shí)體模型利用INVENTOR進(jìn)行靜力學(xué)仿真分析,發(fā)現(xiàn)其確實(shí)有優(yōu)秀的力學(xué)性能,表示對(duì)其進(jìn)行仿生應(yīng)用具有很大的實(shí)用價(jià)值。以仿生技術(shù)為手段,在獨(dú)角仙的曲面模型上截取具有代表性的幾何特性曲線,并利用MATLAB進(jìn)行曲線擬合獲得其代數(shù)方程。利用INVENTOR導(dǎo)入?yún)?shù)化曲線并建立仿生實(shí)體模型,以力學(xué)仿真分析為工具,以矩形梁和圓管梁為例,對(duì)仿生實(shí)體模型與傳統(tǒng)實(shí)體模型進(jìn)行了對(duì)比分析,得出了仿生矩形梁和仿生圓管梁以及傳統(tǒng)矩形梁和傳統(tǒng)圓管梁的分析結(jié)果,結(jié)果表明,在同等載荷的情況下,仿生模型所受到的最大應(yīng)力大幅減小,變形也較小,安全性顯著提高,利用獨(dú)角仙頭角特征曲線來(lái)優(yōu)化傳統(tǒng)形狀的懸臂支撐等細(xì)長(zhǎng)部件是可行的,對(duì)漁業(yè)捕撈船的有關(guān)舾裝部件的改進(jìn)、升級(jí)具有很好的理論支撐與實(shí)用價(jià)值。
【圖文】：

魚(yú)釣主要分近海和外海兩類，近海分為垂釣式真餌復(fù)鉤型和真餌單鉤型釣海分為垂釣式擬餌復(fù)鉤型釣具類漁具。海單線真餌復(fù)鉤手釣結(jié)構(gòu)主要由手線、釣線和釣鉤、轉(zhuǎn)環(huán)、沉錘及竹軸等屬將 15—17 枚單鉤均勻分布在竹柄的長(zhǎng)圓柱端，用錦綸單絲或細(xì)鋼絲繩扎緊狀，然后將釣線一端的所需長(zhǎng)度，用鋼絲繩纏繞固定在釣鉤上，在竹軸的圓沉錘，再將釣線的另一端接于轉(zhuǎn)環(huán)的下環(huán)圈，手線一端接于轉(zhuǎn)環(huán)的上環(huán)圈。每人使用 1 鉤作業(yè)，不斷上下拉動(dòng)手線，發(fā)現(xiàn)有魷魚(yú)搶餌時(shí)，將手線先緩后。見(jiàn)圖 1.1 左圖。海魷魚(yú)手釣漁具結(jié)構(gòu)主要由座根線、釣線、保險(xiǎn)線和手釣鉤、機(jī)釣鉤、轉(zhuǎn)環(huán)裝配而成。外海魷魚(yú)機(jī)釣漁具結(jié)構(gòu)主要由座根線、短釣線、沉錘線和機(jī)釣鉤環(huán)、沉錘及釣機(jī)等屬具裝配而成。每條座根線均纏于釣機(jī)鼓輪，各短釣線上0 只左右，短釣線間分別通過(guò) 3—4 個(gè)轉(zhuǎn)環(huán)連接在一起，上端通過(guò)轉(zhuǎn)環(huán)與座根接在三通轉(zhuǎn)環(huán)的上環(huán)圈上，下環(huán)圈通過(guò)沉錘線與沉錘連接，構(gòu)成完整的 1 條要不斷上下拉動(dòng)或抖動(dòng)釣線，發(fā)現(xiàn)搶餌時(shí)將釣線先緩后急地收拉或絞收上，再投入水中。見(jiàn)圖 1.1 右圖。

圖 1.2 現(xiàn)有魷魚(yú)釣吊臂易損壞區(qū)域Fig. 1.2 Vulnerable area of Squid jigger used at present2.魷魚(yú)釣作業(yè)工況及問(wèn)題魷魚(yú)釣在海上作業(yè)時(shí)，其支架伸出船舷一定距離，從船身穩(wěn)定性和安全性考慮船舷的部分設(shè)備質(zhì)量則越少越好。因此，優(yōu)化吊臂以減輕伸出船舷部分的重量可以提高整船安全性。另一方面，目前魷魚(yú)釣起重吊臂都是等截面的，不是按照其實(shí)際況按需設(shè)計(jì)的，，導(dǎo)致了遠(yuǎn)端截面材料過(guò)剩，而根部截面應(yīng)力過(guò)大。這些類似起重吊長(zhǎng)部件，時(shí)常會(huì)因過(guò)載而出現(xiàn)彎曲或折斷的現(xiàn)象，存在安全隱患，也易造成不必要損失。等截面吊臂還有另外一個(gè)不可忽視的弱點(diǎn)，即在常年海上作業(yè)的過(guò)程中，吊受海水、海風(fēng)的侵蝕而導(dǎo)致材料銹蝕而流失，加快了易損壞區(qū)域的破壞時(shí)間。3.解決問(wèn)題的思路——仿生優(yōu)化為解決其在工程作業(yè)中，大型漁業(yè)機(jī)械用來(lái)支撐捕撈設(shè)備的甲板外支架結(jié)構(gòu)容強(qiáng)度或剛度破壞等問(wèn)題，在現(xiàn)有支撐結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用仿生學(xué)技術(shù)在漁業(yè)機(jī)械結(jié)方面的應(yīng)用，優(yōu)化設(shè)計(jì)船舷支架零件結(jié)構(gòu)，在同等材料的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)支架結(jié)構(gòu)的力并延長(zhǎng)使用壽命。
【學(xué)位授予單位】：大連海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：Q811;S972.7

【參考文獻(xiàn)】

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