锚机支撑结构强度的有限元分析.pdf

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1、船海工程武汉船舶职业技术学院学报2015年第3期锚机支撑结构强度的有限元分析朱显玲张远双刘建全(武汉船舶职业技术学院，湖北武汉430050)摘要以某船的锚机支撑结构为例，采用规范公式计算出每个螺栓受力，直接施加在三维有限元模型的每个螺栓节点上计算锚机支撑结构的强度，以评估其受力是否满足设计要求。关键词锚机支撑结构；有限元；强度中图分类号U664．4文献标志码A文章编号1671—8100(2015)03—0013一O4每条船在营运过程中，经常要进行系泊作业，计算，模型中不考虑梁拱的。此外，首楼甲板与主使用锚泊设备。锚泊设备的支撑结构通过锚链要甲板之间的

2、舷侧外板是有线形的，但在计算中一承受较大载荷。根据中国船级社《规范》_1卅要般采取简化的方法，不考虑线形，认为舷侧外板是求，船首甲板锚机固定的强度应通过有限元计算垂直首楼甲板平面的，或者直接将首楼甲板舷侧对其进行校核。节点约束取代舷侧外板。在模型建立中，底座结构、甲板板、舱壁板及1计算模型甲板纵桁强横梁腹板用板壳单元离散；甲板纵桁在支撑结构和基座的强度校核L3中，为较好及甲板强横梁面板、甲板横梁、舱壁扶强材用梁单地描述区域中结构部件在各个方向上的受力分布元离散。情况，应尽可能采用三维有限元模型进行分析，分边界条件：1)艏楼甲板舷侧处取为自由支持；析基

3、于线弹性理论，模型中的构件取建造厚度。2)甲板下舱壁在主甲板处取自由支持。根据《规范》规定模型范围选取的原则如下：2计算载荷采用局部立体结构模型，以基座有效作用平面矩形a×b型心为中心，向四周分别扩展至少1锚机设备一般会遇到作业载荷与上浪载荷，倍的该矩形相对应的长宽距离，即模型的范围至评估强度时应独立施加作业载荷与上浪载荷一般少为3a×3b。垂向从基座面扩展至甲板之下的考虑三个工况：作业工况(工况一)，左舷上浪(工第一个平台甲板或至少D／4(D为型深)。其边界况二)与右舷上浪(工况三)。应落在结构主要的支撑结构上。本船锚链直径为AM。4O，破断负荷为

4、896锚机座一般都是布置在首楼甲板上的，对于kN，锚链与水平面夹角一17。。锚机基座螺栓布对称的结构，在模型中取模型范围一般从尾端甲置见图1。板强横梁或横舱壁至首端甲板强横梁或横舱壁约锚机设计工作载荷：3a×3b的范围，从中部甲板纵桁或舱壁至舷侧外P一896×45％一403．2kN板。Px0一PXcosB一385．58kN一般来说，首楼甲板是有梁拱的，但为了简化Pvo一0收稿日期：2015—01—25作者简介：朱显玲，女，高级工程师，主要从事船舶设计和制造方面的教学和研究工作13武汉船舶职业技术学院学报2015年第3期Pzo—P×sinp一一117．

5、88kN其中：另锚机重W=49．05kN，作用在每个螺栓上n——摩擦系数，0．5；W。：一49．05／18一一2．725kNW——锚机重量，5．0t；g——重力加速度，9．81re~s2；N——螺栓组数量，18；对于作业工况(工况一)，各螺栓节点的剪切力如下：F丑一黑18—一20．。06kNF、一旦一118．36kN对于甲板左舷上浪(工况二)：锚机由船首向后的投影面积为2．12m，锚机平行于轴线的投影145146147148149面积为1．78m。。P、P按《规范》公式计算，如图1锚机基座螺栓编号图下：2．1轴向力RP=2．12×200：424kN考

6、虑每个螺栓的受力为：f=l+B=lq一-2．82,取f=2．5尺一彘NP一2．5×150×1．78—667．5kN代人上述公式计算得各螺栓节点的剪切力，R一是N如下：R一一(R+R一R)kNF一二旦旦一2218．’2kN其中：——锚机轴线离安装平面的高度，72cm；F一姿18一35．’7。kNz，Y——第i个螺栓组到所有N个螺栓组对于甲板右舷上浪(工况三)，与左舷上浪(工况的中心的和Y方向的坐标，f；-)类似，此处不再赘述。A一一螺栓组所有螺栓横剖面面积之和，84．78cm。；3计算结果及分析J一∑Azcm；以左舷甲板上浪工况为例，各螺栓节点轴向一∑

7、AYi2cm；力计算结果见表1。一般说来，螺栓的布置并非R——由锚机重量作用在第i个螺栓组上的规则，螺栓组的中心通过画图很难确定，可以通过静反力，kN，按下式计算：螺栓对某一点的相对坐标求出中心点对此点的相R一(W+P加)／N=(49．05+117．88)／18—对坐标，从而得到每个螺栓点到中心的距离，可以9．274kN通过∑一0，∑一0验证。从表1可以看出∑R一0，∑R一0，∑R。一49．05kN。这与规范的公2．2剪切力F式是相符的。F一是N计算出每个螺栓节点的轴向力后，逐个地将其施加到有限元模型的节点上进行计算，计算结F一忌N果应力云图见图2和

8、图3。14武汉船舶职业技术学院学报2015年第3期eachboltforeesaccordingtORULE