大冲击摩擦耗能装置结构设计【开题报告】.doc

1、1毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化大冲击摩擦耗能装置结构设计1选题的背景与意义随着船舶运输事业的不断发展,受船舶撞击而诱发的桥梁垮塌事件正在日益增多。这类事件往往引起桥梁结构、使用寿命、安全性及抗震能力的损失,严重的更会造成桥毁人亡等灾难性后果,重建桥梁和疏通航道的费用也十分惊人。因此,开展船桥碰撞及桥梁防撞结构形式的研究,对提高桥梁的耐撞性具有十分重要的意义1。而目前对于桥墩防撞措施主要有1人工岛在桥墩前用沙子、碎石或混凝土将桥墩周围建立人工岛，使船岛上搁浅而停下，这种方法具有很好的防护效果，安全可靠，且不伤船体。但其缺点是在水位变化大的地方不便使用，在流速大的地方易被冲刷。此外，防撞

2、人工岛的边坡平缓，易使航道变窄。当水深较大时，其造价迅速提高。2缆索拦截缆索的端部锚固于水底，缆索和锚之间有缓冲装置，用来吸收船的动能。采用浮筒使缆索浮于水面，以便拦截船舶。这种方法的可靠性不佳,由于船头有倾斜角，缆索可能从船底滑过而不能起拦截作用。因为它会占去相当宽的航道，故较适合于主航道以外使用。3护桩桥墩前船舶可能的碰撞位置设置防撞桩，以达到防护的目的。由于船舶可能从多个方向对桥梁造成冲击，因此必须设置一定数量的护桩才能保证防护效果。4桩群在桥墩周边设置多根钢管桩，并通过多层水平系杆将各个钢管桩相连，从而保证其协调变形。钢管桩防撞系统通过柔性连杆与桥墩系统相连。这样可以通过钢管桩系统来抵

3、抗船舶对桥梁的撞击作用，避免桥墩系统受到损坏。5浮围通过在桥墩周围安装钢格子浮围，利用浮围的变形吸收船的动能，使经过浮围传到桥墩上的力被限制在允许的范围内。这种方式成本不高，简单易行，不会过多地占用航2道。我国上海奉浦大桥和黄石长江大桥采用了这种防护方式。这种方式按大船相撞时吸能要求制作，小船撞坏少、大船撞坏多，逐步撞坏逐步吸能。由于此圈子在吸能相当大时大致与一艘船的尺度相当，故撞后需要修理。其它还有一些常用的桥梁防撞装置如围堰、半围堰、复合钢浮围等，均具有较好的防护效果。但这些防撞方法不仅成本很高而且对于本身的强度也有很高的要求2。结合本课题大冲击摩擦耗能装置结构设计，我将设计一种“自适应恒

4、阻力缆索防船撞装置”。该装置由独立防撞墩、自适应浮筒和恒阻力缆索（拦截网）组成。恒阻力缆索（网）由高强度尼龙绳编制而成，为了达到恒阻力，则需要把缆索绕在一装有摩擦耗能器的滚筒上，该摩擦耗能器能提供一定的恒阻力，当船舶撞击该拦截系统，船舶首先推动拦截网最外侧的绳索，如果在船撞力作用下，该绳索没有沿着船体向下滑动（滚动），绳索就可以拦住船舶，并与之一起运动，并通过摩擦耗能器提供的恒阻力把船的动能转化为力与距离的乘积，实现了以空间换能量的想法，与传统防撞装置相比不仅大大降低了成本而且适用范围更广。但是，由于船舶撞击时动能十分巨大，所以摩擦耗能装置处所产生的热能也就会变的很高，所以找到一种能耐高温的性

5、能稳定的耐摩擦材料成为本课题的关键。而我这次将选择碳碳复合材料作为摩擦耗能装置的摩擦片。自20世纪60年代以来,世界发达国家竞相开发,将C/C复合材料首先用于战略导弹鼻锥端头帽、固体火箭发动机喷管喉衬、扩张段等关键部件。同时,由于C/C复合材料具有摩擦特性好、吸热能力强,使用寿命长等突出特点,英、美、法等国在20世纪60年代末、70年代初几乎同时将C/C复合材料用于飞机制动材料。目前已逐步取代金属刹车副,成为最先进的刹车副材料,并由该三国的五大公司垄断了炭刹车盘的国际市场。全世界已有40种以上的民机和22种以上的军机采用了炭刹车盘,其年产量占世界C/C复合材料总产量的90以上35。法国研制的“

6、SEPCARBSA3D”的CC复合材料，由于其比热大、膨胀系数小和弹性模量小，因此具有优良的耐高温特性。它能在1000温度下正常工作，能耐2000高温6。这种CC材料盘形制动器已分别在TGVPES和TGVA列车转向架上使用7。2研究的基本内容与拟解决的主要问题研究的基本内容1熟悉现有的各种摩擦耗能装置的原理及相关背景知识。2了解传统的桥梁防撞的方法并比较其优缺点。33查阅与C/C复合材料相关的文献资料并了解其摩擦性能在高温及不同压力下的性能变化。4完成基于摩擦耗能原理的抗大冲击装置结构设计，及相关的计算。5优化结构并完成试验装置的设计。6熟悉PRO/E软件，并且设计大冲击力摩擦耗能装置的三维实

7、体模型，完成二维装配图和主要部件工程图。拟解决的主要问题1在众多的摩擦耗能装置中选择一种工作稳定并能提供恒阻力的装置。2设计该耗能装置结构的时候，如何去避免拦截船体用的绳索沿着船体向下滑动。3在摩擦片的选择方面，如何去选择摩擦片的材料。4总体耗能装置材料成本及其整体寿命的考虑。5PROE复杂曲面绘制及装配图的绘制。3研究的方法与技术路线研究方法1文献研究法根据大冲击力摩擦耗能装置这一课题，通过调查大量文献，全面、准确地了解国内外关于此的研究内容。2比较研究法通过对各种桥梁防撞装置优缺点的比较，完成基于摩擦耗能原理的抗大冲击装置结构设计及其形成过程。3模拟实验法通过实验装置的设计模拟实际情况优化

8、结构。技术路线1根据所收集到的文献资料，主要参照国标，并且对比现有摩擦耗能器及其桥梁防撞装置，完成基于摩擦耗能原理的抗大冲击装置结构设计，及相关的计算。2对国内外C/C复合材料方面的研究进行细致的了解通过比较选择一种较符合的材料作为摩擦耗能装置的摩擦材料。3查找资料，结合国内外各种研究成果并结合试验装置优化结构并用PROE进行三维建模。4研究的总体安排与进度41收集有关文献资料、完成开题报告等（4周）；2分析摩擦耗能的原理及特点，制定独特的系统方案（2周）；3完成试验装置结构设计和建立三维实体模型。（3周）；4设计装置的装配图和主要零件的工程图（3周）；5整理、撰写毕业论文（2周）；参考文献1

9、范彬，王林船桥碰撞及桥梁防撞结构研究J华东船舶工业学院学报自然科学版，2005，19（4）152孙文兵，毛海涛防撞系统在桥梁工程中的应用J国外建材科技，2007，28（5）961023SCHMIDTDL,DAVIDSONKE,THEIBESLSUNIQUEAPPLICATIONOFCARBON/CARBONCOMPOSITEMATERIALSJSAMPE,1999,35327394FITZERE,MANOCHALMCARBONREINFORCEMENTSANDCARBON/CARBONCOMPOSITESMVERTAGSPRINGER,19985苏君明C/C喉衬材料的研究与与发展J炭素科技，2001，1L16116BKYEN,TADASHIISHIHARAANINVESTIGATIONOFFRICTIONANDWEARMECHANISMSOFCARBONCARBONCOMPOSITESINNITROGENANDAIRATELEVATEDTEMPERATURESJCARBON,1996,3444894987BVENKATARAMAN,GSUNDARARAJANTHEINFLUENCEOFSAMPLEGEOMETRYONTHEFRICTIONBEHAVIOROFCARBONCARBONCOMPOSITESJACTAMATERIALIA,2002,5011531163