造船门式起重机流固耦合数值分析.docx

造船门式起重机流固耦合数值分析
摘要：
本文针对船舶制造过程中的关键设备之一——造船门式起重机，使用流固耦合数值分析方法对其进行研究和优化。首先，从机械结构、起重机移动过程中的液体物质流动、液体浸润等方面进行建模。接着，使用基于有限元理论的计算流体力学方法，计算分析了液体对门式起重机移动所产生的影响和动力学特性。最后，通过对比分析数值结果和实验数据，验证了数值计算的准确性和可行性，为门式起重机的优化设计提供了科学依据和参考。
关键词：门式起重机；流固耦合；数值分析；优化设计
Abstract:
Thispaperfocusesonthestudyandoptimizationoftheshipbuildinggantrycrane,whichisoneofthekeyequipmentintheshipbuildingprocess,usingthefluid-structurecouplingnumericalanalysismethod.Firstly,modelingiscarriedoutfromtheaspectsofmechanicalstructure,fluidflowduringthegantrycranemovement,andliquidwetting.Then,usingthecomputationalfluiddynamicsmethodbasedonfiniteelementtheory,theimpactofliquidonthemovementanddynamiccharacteristicsofthegantrycraneiscalculatedandanalyzed.Finally,bycomparingandanalyzingthenumericalresultsandexperimentaldata,theaccuracyandfeasibilityofthenumericalcalculationareverified,providingascientificbasisandreferencefortheoptimizationdesignofthegantrycrane.
Keywords:Gantrycrane;Fluid-structurecoupling;Numericalanalysis;Optimizationdesign
1.引言
门式起重机通常被用于船舶制造的一些关键环节，如船台配件吊装、船体翻转等。其优点是结构稳定、工作效率高、运行平稳。然而由于其长时间的使用以及液体作用等因素，门式起重机存在极易出现结构损伤、提升物体不平稳等问题，如果无法得到及时解决，将会影响到整个船舶制造的进程，造成不可挽回的经济和时间损失。
为了解决这些问题，本文使用流固耦合数值分析方法，在对门式起重机进行仿真建模和优化设计的基础上，研究其在液体作用下的动态响应和结构力学特性。具体研究如下：
2.数值模型建立
门式起重机的结构主要由梁杆、铰链和衬垫等部分构成。在仿真建模时，首先进行的是对起重机的轮廓结构进行图形重构，得到具体的几何形态和大小参数。其次，根据材料物理力学性质和结构特点，确定其材料结构属性和动态力学参数，如质量、密度、弹性模量、泊松比、阻尼系数等。
门式起重机的移动过程中，由于底部在液体中进行，因此也需要对流体进行建模。具体包括液体流动所产生的阻力、加速度、穿透力以及液体与材料表面的黏着力等。动态特性分析需要考虑液体的动量平衡和能量守恒方程。
3.数值计算方法
本文使用基于有限元理论的计算流体力学方法进行数值计算。其基本思路是将液体流动的物理问题转化为数学模型，通过有限元法将流场分割成区域，并在每个区域上求解所相应的基本方程（重力方程、连续方程以及动量方程），得到运动情况、速度场、压力场等量。
由于门式起重机工作时液体作用下移动速度较快，因此在计算过程中难以进行稳态假设。因此，本文采用了动态模拟计算方法，模拟起重机在液体作用下的动态响应和力学特性变化。
4.数值仿真结果分析
利用数值方法对门式起重机在液体作用下的模拟分析，得到了其内部力学特性和动态响应特性的变化。通过模拟结果，我们可以发现液体的作用对门式起重机的的运动轨迹和动态响应产生了明显的影响。
进一步分析表明，液体作用下的门式起重机发生了局部扭转变形，这种变形会导致起重机提升过程中出现不平稳现象，从而降低了其吊装的准确度和运行效率。同时，在液体阻力作用下，起重机的振动也增强了，增加了结构强度受损的风险，从而需要进行相应的设计和改进。
5.结论和展望
本文使用流固耦合数值分析方法，对门式起重机在液体环境下进行了建模和仿真分析。结果表明，液体作用下的门式起重机存在不平稳问题和结构强度受损的风险，在设计过程中需要加以考虑。同时，通过