基于有限元的平台升降系统接触特性研究.pdfVIP

第 12卷 第 12期 中 国 水 运 VoI．12 No．12 2012年 12月 Ohina Water Transport December 2012 基于有限元的平台升降系统接触特性研究 钟 明，柳忠 良，李 虎 (上海振华重Z-(集 团)股份有限公司，上海 200125) 摘 要：由于受到空间和工况的限制，某 自升式平台升降系统无法满足大扭矩输出的机构设计要求。文 中运用 SolidWorks和ABAQU·S完成平台升降系统模型的建立，采用有限元法研究该系统在试验载荷下行星传动的接触特 性。通过对 4种设计方案的对 比分析可知，在设计允许的范围内，提高行星架组件的装配过盈量、增加两者的接触 面积 以及增大轴孔倒角可以有效的改善机构特性，避免因局部应力过大造成的应力性破坏，获得满足强度和刚度要 求 的产 品。 关键词：平台升降系统；ABAQUS；有限元法 ；接触特性 中图分类号：TH135．3 文献标识码 ：A 文章编号：1006-7973(2012)12-0077-03 随着世界各国对能源的需求 日益增加，海洋工程装备 ， 特别是钻井平台的市场需求前景非常广阔，升降系统是海洋 工程关键配套件之一，行星传动是平台抬升系统的重要组成 将式 (2)中的约束最小化 问题转化为无约束最小化问题： ，●●●●●●●，、●●●●l 部分，行星架是行星传动的主要构件之一。结构合理的行星 n n min17I(U，)=去 KU—UF十grA (3) 架组件应该是外廓尺寸小，质量轻，动平衡性好，具有足够 = = 的强度和刚度11-31。国内外关于平台升降系统的研究发表的论： 将g(U)对位移场 u作Taylor展开，并取Taylor展开式 文较少，对行星传动的分析也大都集中在校核行星架的强度， 中的线性项： P 验证行星架满足既定方案设计要求 4【】，而实际设计过程中无 法直接获得合乎需求的方案。 g() + =go+GU (4) 该研究针对的升降系统额定载荷近 400t，外形尺寸及重 将式 (4)代入式 (3)，对位移场 u和 Lagrange乘子 量要求小于同类产品，额定设计寿命长。本文针对升降系统 求变分，整理可得系统控制方程 ： 行星传动组件设计过程 中遇到的问题 ，运用三维造型软件 SolidWorks和有限元分析软件 ABAQUS完成行星传动组 }=㈧ (5) 件关键结构件的设计分析，得到 4种设计方案行星架组件的 分析数据 。通过对比分析，获得满足实际工况和设计要求的 Lagrange乘子法中的接触约束条件可以精确满足。作为 平台升降系统行星传动机构与方案。 一 款优秀 的非线性有限元分析软件 ，在 ABAQUS 中可 以很 二、接触约束算法 好的解决行星架与行星轮轴之间的接触特性定义 ，通过定义 接触是一种典型的非线性行为，是状态变化非线性类型 surfacetosurfaceconta