基本信息
- 项目名称：
- 船用起重机的虚拟仿真设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品基于虚拟样机技术，利用AUTODESK INVENTOR软件平台，建立了船用起重机整机的三维数字化虚拟样机，实现计算机对起重机各机构在各种工况下作业的仿真模拟，通过对仿真输出数据的分析来判断设计的合理性，从而为船用起重机的创新设计和优化设计提供先进的技术支持，对于加快起重机械研制周期、降低研制成本，也具有重要的意义。
- 详细介绍：
- 船用起重机作为一种重要的船舶配套设备，随着新世纪全球工业格局的新变化和我国工业技术水平的发展而迅猛发展。先进的船用起重机设计方法对于进一步提高我国船舶制造业的国际竞争力具有举足轻重的作用。与此同时世界造船业的飞速发展对船用起重机械的要求也越来越高，船用起重机械的设计计算方法需要不断地更新、充实和完善，使船用起重机械向更注重功能性、经济性、可靠性和安全性的方向发展。 长期以来，船用起重机械的设计方法多采用静态设计为主，并没有有效的动态仿真设计新方法。在船用起重机械研制过程中引入虚拟样机技术，可以实现计算机对起重机各机构在各种工况下作业的仿真模拟，通过对仿真输出数据的分析来判断设计的合理性，从而为船用起重机的创新设计和优化设计提供先进的技术支持，对于加快起重机械研制周期、降低研制成本，也具有重要的意义。本作品基于虚拟样机技术，利用AUTODESK INVENTOR、ANSYS软件平台，建立了船用起重机整机的三维数字化虚拟样机，并对其进行了较为系统的动力学仿真分析。主要内容如下： (1)船用起重机动载荷的确定：根据起重机动力学理论，建立了相关动力学模型，确定了在不同工况下的动力学载荷； (2)船用起重机金属结构多刚体动力学仿真：使用三维实体造型软件Autodesk Inventor ，建立了船用起重机的三维实体模型，而且利用此软件实现船用起重机运动仿真。 (3)船用起重机金属结构刚柔耦合动力学仿真：利用有限元软件ANSYS对主臂架、副臂架进行了模态分析，建立了主臂架、副臂架的柔性体模型；实现了计算机对船用起重机在各种工况下作业过程的仿真。 总之，船用起重机金属结构的虚拟样机研究，是先进的设计、分析、仿真技术应用于船用起重机设计中的初步尝试，为船用起重机的虚拟设计、动态设计和结构仿真分析提供了高效可行的方法。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：在虚拟软件环境下，完成对船用起重机的三维建模、有限元分析、运动仿真，能够直观展示起重机的运动、受载情况。 基本思路：立项——初步方案构思——方案设计——方案论证——方案定型——建模——有限元分析——运动仿真——动画展示。 创新在于通过创建数字化样机而进行有限元分析和运动仿真能直观察看起重机各部件的配合、受力和运动情况 技术关键在于对数字样机的三维参数化设计、分析和运动仿真 主要技术指标：设计参数
科学性、先进性
- 用计算机对机构和结构在各种工况下随载荷变化的运行状态及随时间变化过程进行仿真模拟，得到仿真输出参数和结果，以此来估计和准确推断实际运行的各种数据，并对起重机械进行动态分析和计算。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无技术转让
作品可展示的形式
- 模型
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：与企业合作，设计起重机一系列的模型，完成相关分析，加快投入市场时间，有效节省成本。 技术特点和优势：(1)具有零部件集成化、机构简洁化、结构全面优化的整机设计；(2)满足个性用户的特殊要求的个性化设计；(3)满足市场多样性和低成本要求的具有新技术特征的起重机新系列产品的模块化设计； 市场分析：我国起重机设计领域仍存在不少问题，主要是大多中小企业对设计研究分析不够，资金投入少，人员培训工作跟不上发展的需要，一直没形成开发新产品或更新老产品的设计和应变能力，对引进的先进技术和产品，没有从设计的角度进行消化，更没有能力进行再创新工作。 经济效益预测：提高产品综合设计能力和水平，使起重机产品在产品质量、价格、交货期及功能、型式(造型色彩)等方面满足用户不断发展的需求，在激烈的市场竞争中占据较多的份额。
同类课题研究水平概述
- 我国船用起重机的研制起步于二十世纪五六十年代，经历了七十年代末至八十年代的引进、吸收以及九十年代以来的自主开发阶段，目前以中联重科、三一重工、抚挖等公司产品系列较全，市场占有率较高。而目前国外专业生产大型起重机厂家很多，其中利勃海尔、特雷克斯-德马格、马尼托瓦克与神钢等公司产品系列较全， 市场占有率较高。随着船用起重机设计技术的发展，在20世纪80年代由美国提出的Virtual Prototyping（虚拟样机） 技术逐步引起了人们的重视。1995年Pratt,M.J.出版了名为virtual prototypes and product in mechanical engineering。相比之下，国内在这方面的认识比较晚。虚拟样机技术在二十一世纪初才引入我国。2003年9月杜静发表了题为《基于Internet的虚拟样机设计 》,2006年1月丁国富，闫开印，张卫华，颜文辉，王廷发表了题为《面向虚拟样机设计的产品属性提取研究 》。这些都充分说明虚拟样机技术在机械产品的研究中已经占有一席之地了。但是这些研究大都是理论上的研究，以及一些研究分析报告，并没有结合船用起重机的设计入手，来优化产品的设计。本文将从仿真与虚拟设计入手，结合船用起重机的实体设计，将虚拟样机与运动仿真结合起来，真正的运用到船用起重机的设计中来，从而缩短设计周期，降低生产成本，达到模块化，集成化设计。
