彈性撇纜器的設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、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(shí)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(huì)牽引著引纜繩隨之一起運(yùn)動(dòng)，因此構(gòu)成一時(shí)變質(zhì)量系統(tǒng)。時(shí)變質(zhì)量系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)是指在經(jīng)典力學(xué)的研究領(lǐng)域中，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量隨著時(shí)間的變化而發(fā)生有規(guī)律或隨機(jī)的變化。依據(jù)時(shí)變質(zhì)量系

2、統(tǒng)的空間運(yùn)動(dòng)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(shí)變質(zhì)量系統(tǒng)，撇纜球運(yùn)動(dòng)中質(zhì)量不發(fā)生變化，而引纜繩的質(zhì)量會(huì)隨著時(shí)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(dòng)軌跡為依托，通過綜合運(yùn)用動(dòng)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(shí)變質(zhì)量系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。運(yùn)用四階-五階龍格-庫塔法對所建立的動(dòng)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

3、過Matlab進(jìn)行模擬仿真，得到撇纜球與引纜繩的空間運(yùn)動(dòng)軌跡。
　　其次，在對時(shí)變質(zhì)量系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模過程中，將時(shí)變質(zhì)量運(yùn)動(dòng)分為時(shí)變加質(zhì)量與時(shí)變減質(zhì)量，分別與時(shí)不變定質(zhì)量運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(shí)變加質(zhì)量系統(tǒng)。由于撇纜器常在海上使用，對時(shí)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(shí)考慮到船舶系泊時(shí)撇纜和受纜的高度差對時(shí)變加質(zhì)量系統(tǒng)運(yùn)

4、動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)時(shí)間段內(nèi)