3。3 ANSYS 建模分析 27

3。3。1 几何模型及网格划分 27

3。3。2 各种工况下扒杆的应力、应变及位移图 30

3。4 总结 37

结论 38

致谢 39

参考文献 40

第一章 绪论

1。1 研究背景

随着科技水平的发展和经济的增长，社会对石油等资源的需求不断增长，国家对海 洋资源的研究和开发越来越广泛[1]-[2]。海洋石油平台，海上钻井平台等各种海洋平台飞 速发展，各种工程辅助性船舶也在快速发展中，如海洋地质勘探船、海洋能源开发船、 深潜器等。起重船是一种工程辅助性船舶，有着十分广泛的作用，特别是大型起重船， 承担了主要的水上工程的起重作业，不仅用于港口货船的货物起吊，也广泛用于海上工 程吊装、海洋打捞作业、铺设海底油气管等方面[3]-[5]。

起重船由主船体、上层建筑和扒杆结构组成，包括卷扬机、揽风绳和扒杆桅杆（本 文研究的是人字形扒杆）。作为起重船的主要受力部分，扒杆承受着很大的弯矩和压力， 因此，扒杆结构的强度、稳定性及自重在很大程度上影响着起重船的起吊能力和安全性

[6]-[8]。随着起重船吨位的提升，扒杆结构的合理设计，可以减轻自重，合理分配结构的

承载能力，在最大程度上利用结构的承载力，提高起重船的性能和工作效率[9]。扒杆一 般不会出现轴向破坏，更多是切向变形或揽风绳断裂，或者是滑轮连接处因局部应力过 大出现破坏等。为避免在实际工程中出现这些问题，在设计时对扒杆结构进行有限元强 度分析是必要的。论文网

1。2 起重船的现状与发展

起重技术有着悠久的历史。从最早时人们利用杠杆原理进行的简单的起重工作，到 公元前 1000 多年，人们用石块做配重，利用木杆和绳索制成简单的提升机械从井中取 水，后来又发明了轱轳。这是一种简单的起重机械，由卷筒、支架、摇柄、绳索组成的。 由人力摇动木柄，起到卷扬的目的。进而发展为由气或电驱动的卷扬机。当它结合各种 桅杆的使用后，经演变衍生成为现在看到的各种起重机。随着时代的进步，国民经济发 展的越来越快，提高生产效率是必然的发展趋势。总是依靠轻型、小型化的起重运输机 械，零敲碎打，小打小闹无法满足生产力的需求。因此，这几年起重机的大型化趋势愈 演愈烈，尤其是造船业发展很快。几十年前，起重能力 100 吨级的门座式起重机还威震

上海各大船厂，500 吨的浮吊雄霸黄浦江。如今 600 吨或者 800 吨的龙门吊相继投产，

1000 吨、1200 吨、1600 吨的浮吊纷纷为各大船厂作贡献。人类的发展，文明的进步与

起重技术的发展休戚相关，起重能力的提升和社会的发展紧密相连。国家要快速提高国 民经济，就要努力加快发展起重工业。这一点也可以反过来证明，即凡是国民经济发达 的国家，如美国、德国、日本等，他们的起重能力都很强大。反之，凡是起重能力差的 国家，一般工业都比较落后[10]-[11]。中国造船的提速势在必行，因此，起重业的发展也 将快马加鞭。种种迹象表明，大型化、自动化、智能化是起重业的必然发展方向。

自从步入 21 世纪以来，人们对海洋的了解越来越深入，而且在陆地石油储量越来 越少，不能再长时间满足人类对石油的需求的情况下，海洋已经逐步成为了全球石油勘 探开发的重要区域。根据国外权威机构预测，在未来，世界油气总储量的 44%将来自于 海洋[12]。为了开发海洋石油资源，建立海洋石油平台并铺设海底油气管道是必然的，在 这些海洋工程的建设过程中，大型全回转起重船是必不可少的，它会发挥很大的作用。 大型全回转起重船不仅可以用于吊装和拆卸海洋石油平台的顶部、进行水下导管架的铺 设，还经常用于海上沉船的救援打捞和水下设备的安装。因此大型全回转起重船在海洋 资源开发上发挥着巨大的作用并拥有着广阔的发展前景。随着对海洋开发的越来越深 入，海上工程作业在向复杂化和重型化发展，为了满足海上工程的需要，起重船的设计 趋势自然也逐渐地发展成拥有重型起重吨位、能在深海领域作业和拥有高效率的吊装过 程。