原创《桁架式综合桅杆结构强度振动有限元分析》：本文是一篇关于有限元分析论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。
摘 要：桁架式桅杆结构强度及振动特性,关系着船舶的安全及其所搭载电子设备的精度等问题.针对该问题,基于中国船级社相关规范,利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对某钢质综合试验船的桁架式综合桅杆,进行了不同载荷工况下的强度及振动特性分析和评估.结果表明,该桁架式综合桅杆的静动力性能满足要求.
关键词：桁架式综合桅杆；结构强度；振动；有限元分析
中图分类号：U667.1 文献标识码：A
Finite Element Analysis of Structural Strength and Vibration of Truss Type Synthesis Mast
CHEN Nanhua, WU Qunming, PANG Chengyan
（Guangzhou Marine Engineering Corporation, Guangzhou 510250）
Abstract： The structural strength and vibration characteristic of truss type synthesis mast are related to the security of a ship and the precision of electronic equipment, etc. In this paper the analysis and assessment of structural strength under different loads and vibration characteristic of the truss type synthesis mast for a steel sea-going test ship are carried out by the finite element analysis software MSC.Patran/Nastran based on the CCS rules. The results indicate that the static and dynamic behavior of the truss type synthesis mast has satisfied the requirement.
Key words： Truss type synthesis mast； Structural strength； Vibration； Natural frequency； Finite element analysis
1 引言
桅杆是现代船舶的重要组成部分,桅杆的功能主要是搭载船用雷达、气象仪、通信天线、信号灯等电子、电气设备.按照其结构形式,一般可分为桁架桅和筒形桅两种.其中,桁架式桅杆具有结构简单、经济、受风面积小、重量较轻、工艺性较好、施工方便等优点.但桁架式桅杆杆身较高、横截面面积相对较小、刚度稍差.此外,其空间受力复杂,在结构和设备自重、惯性载荷以及风载荷的影响下,可能导致桅杆结构破坏.由于桅杆上搭载的电子设备对桅杆的振动特性有较高的要求,桅杆的振动可能导致安装其上的电子设备失灵、寿命缩短甚至破坏.因此,对桅杆结构强度和振动进行分析,设计出满足要求的桅杆结构,具有很强的实用意义.
本文利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran,对某钢质海洋综合试验船的桁架式综合桅杆结构强度及振动特性进行分析和评估.其中,强度评估主要依据中国船级社《水面舰艇入级规范（2011）》（以下简称《舰艇规范》）的有关要求进行；振动特性评估以安装在桅杆上的卫通设备装舰要素的要求为准.
2 桅杆结构概况
本桁架式综合桅杆布置于罗经甲板顶部,立柱及斜撑为圆管,顶部为H型材.主要构件尺寸为：立柱114x6.5mm；横撑及斜撑60x4.0mm；桅杆顶部纵横向主要构件H150x150x7x10mm、横向次要构件L75x50x6mm.桅杆结构图及有限元模型,见图1、图2.
3 有限元模型
对于整个船体结构而言,桅杆结构受力属于局部强度问题.根据圣维南原理,为了尽量减少边界条件对计算结果的影响,对模型范围进行适当扩展,取综合桅杆结构、信号桅杆结构及第四层甲板室结构.
结构中的板材和主要支撑构件的腹板用板单元模拟；桅杆结构、扶强材、甲板室横梁、支柱等用梁单元模拟,并考虑各构件的实际截面和偏心；主要支撑构件的面板用杆单元模拟；综合桅杆及信号桅杆上及附近的卫通、雷达等设备用质量单元模拟；网格尺寸以200x200mm为基准进行划分.根据以上原则建立有限元模型.
模型的总体坐标系取右手直角坐标系：x轴沿船长向首为正方向；y轴沿船宽向左舷为正方向；z轴沿型深向上为正方向.边界条件取为甲板室底部固支.有限元模型見图3.
6 振动分析
6.1 振动计算基本方程
桅杆振动计算主要是计算在无阻尼状态下,桅杆的各阶固有频率及和之对应的振型.典型的无阻尼模态分析求解的基本方程式如下：
[K]{q}等于ω2[M]{q} （10）
式中：[K]为刚度矩阵；{q}为振型向量（特征向量）；ω为固有频率；[M]为质量矩阵.
6.2 模态分析
模态分析采用的有限元模型和边界条件同上.应用NASTRAN的正则模态分析模块进行求解,求解实特征值的方法选用Lanczos法.计算得到该综合桅杆一阶横向和一阶纵向固有频率分别为14.013Hz和14.604Hz,均大于安装其上的卫通设备所要求的谐振频率不低于8.0Hz.相应的固有频率及振型图,见图5、图6.
7 结论
本文通过对桁架式综合桅杆进行结构强度及振动进行有限元分析,得到了两种典型工况下桅杆结构的应力分布情况和一阶纵横向固有频率.
计算分析结果表明,该桅杆的静动力性能满足规范及设备的相关要求,可为今后桁架式桅杆结构构件尺寸的选择、结构强度及振动有限元分析提供一定的参考.本文所采用的分析评估方法具有通用性,对于其他形式桅杆的结构设计、强度及振动有限元分析可参照使用.
参考文献
[1] 杨振财,赵德有. 船舶筒形桅杆振动分析中边界条件的研究[J]. 中国海洋平台,2006,21（2）.
[2] 中国船级社. 水面舰艇入级规范[S]. 人民交通出版社, 2011.
[3] 金咸定,赵德有. 船体振动学[M]. 上海交通大学出版社, 2000.
有限元分析论文参考资料：
结论：桁架式综合桅杆结构强度振动有限元分析为关于本文可作为有限元分析方面的大学硕士与本科毕业论文有限元分析培训班论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
