6 200 t起重船锚机基座结构优化分析.pdf

第 卷 第 期江苏船舶.年 月.起重船锚机基座结构优化分析章仲怡王佐强郭宇礼(中海油能源发展股份有限公司 清洁能源分公司天津)摘 要:针对锚和锚链的集中载荷及甲板上浪载荷容易导致锚机基座在靠近螺栓孔附近出现损伤从而影响基座的结构能力的问题以 起重船锚机基座及船体支撑结构的有限元模型为研究对象根据中国船级社钢质海船入级规范()中的相关规定计算出锚机基座及船体支撑结构的应力水平 针对锚机基座面板在螺栓孔附近的圆弧处应力较高的问题研究了 类降低该处应力的方案 研究结果表明:通过增加基座面板板厚、增大圆弧半径和增大开孔自由边距离均可以不同程度地降低圆弧处的应力使其满足规范要求关键词:起重船锚机基座有限元优化分析中图分类号:.文献标志码:./.引言锚机是船上用于收放锚及锚链的机械设备是整个锚装置的重要组成部分 基座是连接设备与船体结构的桥梁也是保证船舶正常运行的重要结构 锚和锚链的集中载荷及甲板上浪载荷容易引起锚机基座及船体支撑结构的强度破坏特别是锚机基座在靠近螺栓孔附近容易出现应力集中导致应力较大不满足规范要求 张原瑾等对某客滚船锚机基座建立局部结构有限元模型计算分析得出锚机基座的面板和腹板上接近螺栓孔位置容易出现应力集中现象 章程等以船尾起锚绞车基座及其船体支撑结构作为研究对象采取增加面板板厚和增加围护腹板的方法来降低基座面板转角处的高应力本文以 起重船锚机基座为研究对象参照中国船级社钢质海船入级规范()(下文简称海规)中的相关规定建立了锚机基座和船体支撑结构的有限元模型研究了 类降低基座面板在螺栓孔附近圆弧处应力的优化方案 主要参数 起重船为全焊接结构船其主尺度如下:总长.垂线间长.型宽.型深.设计吃水.收稿日期:作者简介:章仲怡()男工程师主要从事船舶与海洋工程结构物安装设计工作 本船锚机起锚部分规格具体如下:锚链直径为()额定起锚拉力为.额定起锚速度不小于 /抛锚深度为.支持负载为 有限元模型有限元坐标系取右手坐标系 方向为船体的纵向向船首方向为正 方向为船体的横向向左舷为正 方向为船体的垂向向上为正有限元模型的范围:锚机基座、艏楼甲板、纵向范围 艏楼甲板下横舱壁板、甲板纵桁、强横梁、普通横梁包括在模型中 甲板、横纵舱壁板、锚机基座等结构用板单元模拟甲板纵桁、甲板强横梁、舱壁垂直桁腹板用板单元模拟面板用梁单元模拟其他小的骨材用梁单元模拟 锚机基座有限元模型见图 图 锚机基座有限元模型(仰视)有限元模型的材料参数:锚机基座、甲板结构材料为普通 钢其弹性模量为.泊松比为.江 苏 船 舶第 卷模型边界条件为船中约束、方向其余边界约束、方向 模型边界条件见图 图 有限元模型边界条件 工况及载荷根据海规第 篇第 章第 节的相关规定计算工况一般包括 的锚机锚链破断强度时载荷和甲板上浪载荷其中上浪载荷分为舷内和舷外 个方向进行校核 个计算工况如下:锚链破断工况:上浪工况(指向舷内):上浪工况(指向舷外)锚链的破断力为 对于锚机下甲板加强结构的强度校核取 的破断力锚链与水平的交角为 锚机甲板上浪载荷根据海规第 篇第 章第 节的相关规定计算模型载荷加载时将计算出的螺栓力载荷配置在各个螺栓孔位置 结果分析.许用应力根据海规第 篇第 章第 节的相关规定锚机基座和甲板支撑结构的计算应力应不大于以下的许用值:合成应力 剪切应力 轴向应力 .计算结果锚机基座及船体支撑结构在各工况下的计算结果见表 各工况下的合成应力云图见图 表 各工况下最大应力汇总单位:工况最大合成应力最大剪切应力最大轴向应力支撑结构基座支撑结构基座支撑结构基座.从计算结果可知锚机基座的船体支撑结构最大应力均小于许用值满足规范要求而基座面板在螺栓孔附近圆弧处出现应力超过许用值的现象且出现在甲板上浪(舷外)工况 因此需要对该处结构进行局部优化以满足强度要求图 合成应力云图(单位:)优化方案及结果分析为了使基座面板在螺栓孔附近的圆弧处应力能够满足规范要求研究了表 中的 类优化方案各优化方案变量示意图见图 表 优化方案汇总单位:方案基座面板板厚基座面板圆弧半径基座面板开孔自由边距离原始优化 优化 优化 类优化方案基座面板计算结果见图 图 类优化方案基座面板计算结果汇总见表 第 期章仲怡等:起重船锚机基座结构优化分析 板厚圆弧半径自由边距离图 各优化方案变量示意图图 基座面板应力云图(增加板厚)(单位:)图 基座面板应力云图(增加圆弧半径)(单位:)图 基座面板应力云图(增加自由边距离)(单位:)表 优化方案应力汇总单位:方案板厚圆弧半径自由边距离原始.优化.优化.优化.从表 可以看出:()增加板厚可降低基座面板圆弧处的应力但是随着板厚的增加应力降低幅值越来越小 ()基座面板圆弧半径的增大可以降低该处的应力值 圆弧半径越大应力降低幅值越大()增大开孔自由边距离可以降低基座面板圆弧处的应力值 将距离由 改为、时应力值大幅下降且距离越远降幅越大 但是将距离增大至 时圆弧处的应力值反而变大了这主要是由于该距离下的圆弧离另外一个螺栓较近导致的为使基座面板圆弧处的应力值满足规范要求本船可选择将面板板厚增加 、将圆弧半径增大至 或者将开孔自由边距离增大至 增加面板板厚对基座的成本控制不利将开孔自由边距离增大需要特别注意螺栓的位置不能使圆弧距离螺栓太近 综合来说增大圆弧半径至 可将圆弧处应力值由.降低至.满足规范要求同时也是 类优化方案中比较经济、便捷的方案 结论()根据计算结果锚机基座面板在螺栓孔附近圆弧处在甲板上浪(舷外)工况时应力较高不满足规范要求()通过增加基座面板板厚、增大圆弧半径和开孔自由边距离均可以不同程度地将圆弧处的应力降低使其满足规范要求()通过对比分析随着板厚的增加应力降低幅值越来越小而随着增大圆弧半径和增大开孔自由边距离应力降低幅值则越来越大()对比 类优化方案增大圆弧半径是降低圆弧处应力比较经济、便捷的方案参考文献:陈攀 刘志忠 范明伟.多用途船绞车、锚机基座及支撑船体结构强度计算分析.船海工程 ():.张原瑾 刘月琴.某客滚船锚机基座结构强度分析.广东造船 ():.章程 林慰 金雪锋.起锚绞车基座及船体局部结构的有限元分析.广东造船 ():.中国船级社.钢质海船入级规范.北京:人民交通出版社.孙丽萍.船舶结构有限元分析.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社.方振兴 张连达.锚机基座有限元分析.广东造船():.