系泊绞车基座及其加强的有限元分析

郭永亮 谷宇

摘 要：系泊绞车作为船舶及海工设计建造中的重型设备，对其支撑结构进行有限元分析是十分重要和必要的，现在船东和船检都要求系泊设备基座和加强图需要提交有限元分析报告，文章阐述了如何进行建模、定义边界条件、加载、有限元结果输出的衡准。

关键词：有限元；建模；边界条件；加载；衡准

1 概述

随着目前船舶的大型化、多功能化等发展，对系泊设备要求越来越高，形成了设计载荷越来越大的情况，如35k散货船仅120吨，152K穿梭油轮就已经为600吨，3D钻井船项目则为1000吨，增加了支撑结构设计难度，因此更需要进行有限元分析。为了准确快速地完成有限元分析，文章对系泊绞车的有限元分析流程作了详细介绍。

2 建模

为了使结果更加准确，更贴近真实情况，在进行分析时就要对系泊绞车基座及其相应的结构进行模拟，用3D软件进行建模。

2.1 模型坐标及范围

有限元模型的坐标系统取右手坐标系，且x方向为船体的纵向，以船艏方向为正；y方向为船体的横向，以船舶纵中线向左舷为正；z方向为船体的垂向，以基线向上为正。纵向范围取到基座附近的强框或者舱壁位置；横向范围取到基座附近的几道纵骨或舱壁；垂向范围取到基座以下第二层甲板或平台。

2.2 模型单元及网格尺寸

一般船体的内外板与强框架、纵桁、肋板、平面舱壁桁材、肋骨等的高腹板以及槽型舱壁用板单元模拟。各类板上的扶强材可用梁单元模拟，并考虑偏心的影响，纵桁、肋板上加强筋、肋骨和肘板等主要构件的面板和加强筋可用杆单元模拟。在横向或垂向按纵骨间距或类似的间距划分，纵向按肋骨间距或类似的间距大小划分，舷侧也参照该尺寸划分，网格形状应尽量接近正方形，如图1所示。

3 边界条件的设定

在模型做好以后，应对模型边缘节点进行约束在模型范围取到舱壁处时，可以看作为固定约束即TX、TY、TZ、RX、RY、RZ六个方向都固定；如果在模型范围取到X方向纵骨处时，那么就可以认为TX、RY、RZ 三个方向固定，TY、TZ、RX三个方向自由。如图2所示。

4 加载受力载荷

受力载荷根据各船级社规范中对系泊绞车所提及的要求进行加载。

以ABS船级社对锚机的受力要求为例。

（1）需要加载的载荷有：结构模型的自重，设备的重量；锚链的拉力（设有制链器，拉力应为锚链破断力的45%，未设有制链器，拉力应为锚链破断力的80%）；如果配有制链器，制链器的加强也需要校核。在模型中加载时可根据锚机安装图在相应的位置上加载，可以加载在节点上，也可以加载在单元上，还可以根据锚机设备参数来做一个刚性单元来模拟，如图3所示。

（2）需要计算的工况（见表1、表2）

5 有限元分析结果的衡准

系泊绞车基座及其加强的有限元结果应该根据各船级社的规范要求来确认强度是否满足。例如ABS船级社对锚绞车基座及其加强的强度校核要求为：

许用弯曲应力：0.85 σyd

许用剪切应力：0.6 σyd

σyd材料的最小屈服强度，在文章的事例中所用钢材为普通Q235钢，σyd=235Mpa

未设有制链器工况

从图4和图5中可看出，文章所举事例的锚基座及其加强是满足ABS船级社要求的。

6 结束语

提高设计质量，永远是设计师追求的目标。通过对系泊绞车基座及其加强的有限元分析的介绍，使设计工作者更加清晰地了解局部有限元分析的流程， 在以后相关的工作中少走弯路，提高设计质量。

参考文献

[1]ABS RULES FOR BUILDING AND CLASSING STEEL VESSELS .2012