船舶锚系三维放样设计与拉锚虚拟实验分析.pdf

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1、苏延浩，等：船舶锚系三堆放样设计与拉锚虚拟实验分析船舶锚系三维放样设计与拉锚虚拟实验分析苏延浩，刘志强，王晓，刘少朋(江苏科技大学机械工程学院，江苏镶江212003)提要以三堆软件为平台建立船舶锚系的三维模型，将该模型转入到动力学分析环境，在动力学分析环境中对模型施加约束知力，进行动力学虚拟仿真实验，通过虚拟样机实验分析不同描台对错的运动及锚与锚唇贴合的影响。实验蛄果为锚承设计提供了参考依据。关t词船舶锚系拉锚虚拟仿真锚台设计锚唇设计中圈分类号U661文献标识码1前言锚系统是船舶抛锚停泊时所用的装置和机械的总称，是由锚、锚链筒

2、、锚索、锚台、锚唇、掣链器、掣锚器、锚机、固定装置等组成的一个系统。长期以来船舶设计单位、船东和船舶制造厂家都是通过基本型类推、配合锚系木模实验的方式验证设计的锚系，但缺点是成本高、周期长、有时难以快速修改以达到要求。现在相关单位意识到锚系三维放样设计的方便性，如果再配合木模实验，三维虚拟仿真分析就更可以提高设计效率并给出符合实际要求的锚系设计‘1卜[引。江苏科技大学机械工程学院与多家船舶企业联合攻关，针对船舶锚系常选用的斯贝克锚和大抓力锚的锚系设计，在三维软件基础上二次开发了船舶锚系三维放样设计软件和拉锚仿真软件。经过近8年

3、多达20艘新船型的锚系设计验证，已能够满足在设计阶段就避免起锚过程中经常出现的锚链扭转现象、锚链向外缘滑出现象和锚爪朝下时的卡死现象等锚系设计中出现的诸多问题。随着锚设备的日趋标准化和三维建模软件及虚拟运动仿真软件的日趋发展，现在已经可以实现从木模放样到三维放样设计、虚拟锚系运动仿真和优化设计的技术转变。从而在整个锚系统设计过程中节约了大量的时间、人力、物力和财力。研究运用二次开发的三维软件平台建立船舶锚作者简介。苏廷浩(1990一)，男，硕士研究生。系的三维模型，并在此环境中建立锚系三维虚拟样‘机，对其进行动态仿真分析。目的

4、是实现对虚拟样机在拉锚过程中锚的翻转情况及碰撞分析。2锚系三维放样设计2．1船舶锚链筒的设计锚链筒的设计难点是其空间位置的布置。三维建模时主要是确定锚链筒中心线的空间位置，即空；间坐标系中的角度，绕中心线进行旋转即可得到锚链筒的三维模型，如图1。圈l薯链筒的三堆模型锚链筒的位置布置是整个锚系统布置的关键。锚链筒的布置必须能使锚杆拉进其中，并且使锚爪与锚唇紧贴I不能将锚链筒浸到水中；下锚时只能以锚的自重滑出锚链筒Ⅲt[副。本研究采用平斜式锚链筒，锚链筒中心线与竖直平面的夹角42．3。，与锚台所在平面的夹角为62．4。。2．2船舶

5、锚台的设计船舶锚系统添加锚台主要是为了增加外伸长度，从而避免在起锚和下锚时碰到船艏外壳或球鼻艏。(1)圆锚台的设计。圆锚台的三维建模过程中取锚台的对称面及与对称面相垂直的面为草绘平面，草绘出截面形状，然后通过边界混合扫描建立锚台的三维模型，如图2。苏廷浩，等；船舶错系三维放样设计与拉锚虚拟实验分析·23·图7锚系布I工程圈3．1圆锚台·斯贝克锚仿真验证图8所示为圆锚台一斯贝克锚运动仿真结果，实验结果显示锚杆、锚爪可产生回转，锚爪与锚唇能正确贴合。实验说明该设计方案可行，不需要进行修改。圈8圈锚台-斯贝克锚仿真3．2方锚台·大抓

6、力锚仿真验证研究以方锚台一大抓力锚为例，分析锚系放样设计仿真过程中可能出现的问题，以及分析出现问题的原因和解决方法。见图9，此图为方锚台一大抓力锚仿真时非平衡大抓力锚不能翻转发生碰撞卡死的情形。图中G为重力，竖直向下；F为锚索拉力，沿锚杆方向；P为正压力，垂直于过接触点法线方向；，为摩擦力，垂直于正压力方向。圈9方锚台-大抓力锚不能翻转仿翼(1)图中的摩擦力，、锚台对锚爪正压力P、重力G、拉力F四个力确定了最终运动形式。此处摩擦力，和正压力P构成的合力斜向下使得锚爪根本没‘法向上转动。：(2)锚杆最大偏转35。，并且由于摩擦力

7、，、正压力P和重力G三者方向都是指向下方，在当前的锚台下半部分倾斜角的情况下此三者作用对锚杆偏转角起反作用，锚杆已经偏转角卡死了整个运动。(3)由于锚链筒方向已经决定了锚杆、锚爪必然出现此状态，因此修改时尽量考虑在锚杆一锚爪出现此状态时，如何使之能出现回转，此时尤其要注意正压力P方向、摩擦力，方向。要想锚爪不卡死，那么锚台下半部分倾斜角必须能够改变正压力P的方向，即正压力P方向斜向上，使得锚杆偏转角减小，从而使锚杆与锚爪出现会转。对初始设计方案进行修订后，将锚台上半部分倾斜角向外增大，下半部分倾斜角向内增大，并且将转折点向下偏

8、移，转折点用圆弧过渡。对修改后的设计方案再次进行运动仿真分析，仿真结果如图10所示，说明修改后的设计方案正确可行。圈10方锚台-大抓力锚仿真[下转第26页]苏廷浩，等；船舶错系三维放样设计与拉锚虚拟实验分析·23·图7锚系布I工程圈3．1圆锚台·斯贝克锚仿真验证图8所示为圆锚