基于仿真的锚系设计优化.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月 船 海 工 程 .:./.基于仿真的锚系设计优化陈正云何成能肖浩刘志强(.上海外高桥造船有限公司上海.江苏科技大学江苏 镇江)摘 要:针对拉锚试验出现的问题以及传统二维锚系设计周期长、成本高的现状进行全新的锚系交互设计利用拉锚仿真软件对邮轮现有锚系设计进行验证自主设计全新的锚唇线型快速将二维设计转化为三维数字模型并进行数字验证缩短设计周期经过仿真可以提前发现问题直接在软件中修改模型直至生成最终方案保障木模试验的成功率有效降低时间和成本消耗关键词:锚设备拉锚虚拟仿真运动模拟锚唇设计三维交互设计中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:修回日期:第一作者:陈正云()女
2、硕士高级工程师研究方向:船舶舾装设计 锚泊是船舶主要的停泊方式之一对于船舶航行安全性有重要影响 因此锚设备的抛、拉锚顺畅性设备使用的便利性等设备使用性能以及有无其他异常情况等一直以来都是船东和船级社较为关注的验收项目 为了验证设计的合理性传统方法是进行木模拉锚试验根据拉锚实验中出现诸如锚碰撞外板、锚链碰撞锚链筒等情况再修改锚唇的曲面外形锚链筒位置等等之后再将修改后的设计通过木模试验进行验证 通过对木模实验修改木模试验的流程的不断反复最后才能得到较为理想的设计结果 显然这种做法周期长成本高 为此考虑在大型邮轮建造前期引入了拉锚仿真软件对大型邮轮的锚系设计进行了仿真验证 锚系设计要求和主要问题.锚
3、系布置要求受制于艏部甲板空间大小锚系布置首先考虑甲板机械的布置对于艏楼甲板充裕的大型船舶常采用卧式锚机以便于后续锚系布置 而作为非标件的锚链筒及凸台和锚唇等是锚系布置能否成功的关键所以锚系布置通常在总布置图、线型图和锚链舱布置确定后再进行综合考虑锚链筒的主要设计要求为:合理选择锚链筒轴线与船舶垂线夹角以保证起锚、抛锚过程顺畅同时避免锚链筒出口过低使锚的收藏位置在满载时离水线过近选择合理锚链筒下口位置使锚在运动中保持离船壳有至少 以上间距锚台和锚唇的外形设计应首先确定锚泊布置然后根据锚链筒的位置、锚的形式和大小以及外板的线型进行锚唇的设计 锚唇就是锚链筒外板出口处由钢板和铸钢构成的凸缘作用是减少
4、锚链与船体外板的摩擦并使得在起锚时锚杆顺利地进入锚链筒和在抛锚时又能轻易地离开锚链筒用于锚冠和锚唇互相贴紧防止锚的松动 锚台和锚唇设计原则:锚收存后能与锚唇贴合紧密拉锚时应避免卡锚现象并避免锚碰船壳外板抛锚时避免锚爪接触船壳外板锚唇外部线型光顺锚唇厚度满足强度的要求 锚唇高度应包含锚唇内侧全部的圆弧曲面圆弧曲面至少支撑 个链环见图 图 锚台和锚唇分隔示意.主要问题)锚爪无法贴合与锚唇之间间隙很大导致锚爪与锚唇间产生撞击影响使用寿命)锚唇出口的口径较小当缓慢放锚链锚 年第 期陈正云等:基于仿真的锚系设计优化陈正云船海工程第 卷卸扣通过锚唇孔时转环卸扣宽度方向横卡在锚唇开口的短轴方向无法在重力作用
5、顺利下落)锚链在起锚的过程中发生扭转当情况轻微时影响起锚速度当扭转现象严重时会发生掣链器的跳链现象综上所述锚系设计是空间几何曲面设计传统设计方法是通过基本型类推进行二维设计而锚系运动是在多动态力约束下的非线性多体动力学运动目前缺少精确的解析设计方法只能通过木模试验反复验证设计合理性 基于传统二维设计加木模试验方式的固有特点面临的问题有:周期长、成本高、误差大、修改指向性差、无法模拟实际船态 仿真技术在锚系布置中的应用完善设计传统的木模验证试验流程见图 图 木模实验流程此过程若结果不理想则需要多次进行木模试验 随着/技术的发展 数字仿真技术甚至数字孪生技术的不断发展使得其仿真结果变得愈发贴近现实
6、其置信度也可为工程应用所接受导入仿真技术的验证流程见图 利用仿真技术可以在设计前期对相对不成熟的布置方案进行快速验证迭代最终确定一个相对成熟的方案 由于算力的限制会对数字模型进行一定程度的简化还需要实际木模验证但对于已经相对成熟的方案其木模实验结果与仿真结果相差不远异常情况发生的可能性较小由此可以大大减少木模试验的次数以达到降本增效的目的 实船应用针对在建大型邮轮已有的锚系布置方案借图 拉锚仿真流程助仿真软件直接建模、装配、仿真可以直观显示锚链锚柄在锚链筒中的运动情况以及锚唇最终的贴合状态 此次锚系仿真的是锚穴结构创建的锚系三维虚拟样机模型总布置见图)长链收锚过程中锚中心线距离球鼻艏部的最近距
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