索链组合锚泊线静力分析.pdf

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1、第40卷第2期2011年04月船海工程SHIP&OCEANENGINEERINGVOL40No．2Apr．20U。DOI：10．3963／j．issIL1671—7953．2011．02．014索链组合锚泊线静力分析潘甜，刘家新(武汉理工大学交通学院，武汉430063)摘要：建立悬链线方程，分析组合锚索链的受力及方程的解法，结合实例运用悬链线方程计算组合锚索链的状态参数，为实际工程中两种成分锚?自线的锚泊系统的初步设计和选型提供依据。关键词：深水锚泊；复合锚泊系统；组合锚泊线中图分类号：U667．5文献标志码：A文章编号：1671—7953(2011)02一0052一04随着

2、船舶的工作水深不断增加，要求锚泊系统在满足定位要求的同时尽可能地减轻重量。在这种趋势影响下，锚泊线的组成成分也从单一的锚链、锚索发展到锚链、锚索、纤维绳乃至电力机械缆等多种成分合成锚泊线。实践中，通常采用索链结合的复合锚泊系统。锚链耐磨损，具有较好的韧性，一般设置在锚泊线的下端，这段锚链较短但是较重，对锚泊线悬垂线部分的性能有很大的改善；而金属索虽然抗磨损能力差，但能提供与锚链相同的断裂强度，且比链轻得多，故索链结合的复合式定位锚泊既能减少系统的重量又能满足定位要求[1]。目前国内对于锚泊设备的选择仅仅是由舾装数来确定的，考虑到锚泊受多种因素的影响，有必要对复合锚索链进行理论

3、和使用方面的分析，以满足船舶在更深水海域工作的要求。1组合锚泊线悬垂线方程分析如图1所示，设水底是水平的，船舶承受外力F；锚链孔至海底高度为H；钢丝绳在水中的单位长度重量为W。；锚链在水中的单位长度重量为W，，相对应的悬垂线中的钢丝绳锚索的长度为Lz；锚链的张力为T1，其作用线与水平方向的夹角为仍；锚索所受张力为T2，其作用线与水平方向的夹角为仇(因为在锚泊系泊的过程中，出缆长度和锚链长度对锚泊船来讲是已知条件，二者之差即等于L：)。求锚索在锚链孑L处的张力和锚52收稿日期：20lO—04一07修回日期：201∞5—12作者简介：潘甜(1985一)，女，硕士生。研究方向：船舶

4、与海洋结构物设计制造Bm蛐：tianShengyishui07@163．c啪链被拉起的长度L，。在有锚链卧底的情况下，即在悬链线方程特例情况下，该坐标系原点相当于建立在卧底直线和悬链线的分界处[2l。图l组合锚汨线悬垂线示意对于L，段锚链，由单一成分锚泊线的悬链线方程的推导可以写出以下方程组‘3]：tan幼一W1L1／兀(1)T1=~／P+(w1L1)2(2)即最仉再一，)一彘∽署；而一1)(3)由于锚索和锚链都是柔性的，认为两者在相邻两部分连接处的切线一致，即相邻两部分连接点处倾角相等，由图2建立如下方程。图2锚索链悬垂线部分受力示意T1cos仍2T2cos伫T2sin伫一

5、T1sin仍+矾L2由上述方程可推导出：(4)(5)索链组合锚泊线静力分析——潘甜，刘家新析该微元段的几个要图3钢丝绳微元素，见图3。几何分析由式(6)、(7)，根据勾股定理，可推导出：如·靠曲t薏边界条件为当z—o时，z1一o；当Z一0时，y1—0；当Z=Z2时，y1一H2。故可得到：tan仰一半(8)tan仍一—尹(8)tan仇一堕挚(9)tan仇一—22i—。2【9)T2气仃丽i干可五雨一W1H1+w2H2+F(10)sl一彘arsinh(tan纺)(11)s2=嘉[arsinh(tan伫)～arsinh(tan仍)](12)耻最沂罕F一，)一磊师川(13)飓一丧懈霉耳

6、抓罕眄)一彘M面而≯玎叫瓜面而)(14)S—Sl+S2(15)H=Hl+H2(16)上述公式中含有14个量：H。、Hz、H、Sl、S2、S、F、T2、Ll、L2、w1、W2、卿、伫，因此需要补充5个条件才能求解。例如，已知Ⅳ，、Wz、L·、L：、H，则可计算出保持悬垂线下端张力水平时候，锚索端所能承受的最大水平外力k及其他相应的参数值。2多锚锚泊系统的回复力求解在实际情况中，由于浮体所受的风浪袭击可能来自任何方向，因此，要求浮体具有全方位的抗偏移能力。为此，锚泊线的分布一般是对称分布或是沿四周均匀分布的(受风较小的一面较稀，受风较大的一面较密)。在锚泊定位系统的计算过程中，锚

7、泊定位系统的回复力计算最主要；一般情况下已知锚泊线的分布形式及锚泊线的根数，以及每根锚泊线的组成成分、重量和长度、破断强度(Tb)，水深，以及用水深百分数表示的浮体最大的偏移量(∥H)。。在计算的过程中，计算要求通常是在浮体达到最大偏移量时，锚泊线的最大张力达到最大的许用值TK—Tb／K。浮体偏移的方向一般是按照整个锚泊定位系统中的系泊能力最弱或者是单根锚泊线受力最大的情况来进行确定的[引。计算锚泊系统回复力的步骤如下。1)根据已知条件包括H、TK、W，、wz计算出与材料的破断强度R相应的悬垂线的松弛度