系泊絞車基座及其加強的有限元分析

郭永亮 谷宇

摘 要：系泊絞車作為船舶及海工設計建造中的重型設備，對其支撐結構進行有限元分析是十分重要和必要的，現在船東和船檢都要求系泊設備基座和加強圖需要提交有限元分析報告，文章闡述了如何進行建模、定義邊界條件、加載、有限元結果輸出的衡準。

關鍵詞：有限元；建模；邊界條件；加載；衡準

1 概述

隨著目前船舶的大型化、多功能化等發展，對系泊設備要求越來越高，形成了設計載荷越來越大的情況，如35k散貨船僅120噸，152K穿梭油輪就已經為600噸，3D鉆井船項目則為1000噸，增加了支撐結構設計難度，因此更需要進行有限元分析。為了準確快速地完成有限元分析，文章對系泊絞車的有限元分析流程作了詳細介紹。

2 建模

為了使結果更加準確，更貼近真實情況，在進行分析時就要對系泊絞車基座及其相應的結構進行模擬，用3D軟件進行建模。

2.1 模型坐標及范圍

有限元模型的坐標系統取右手坐標系，且x方向為船體的縱向，以船艏方向為正；y方向為船體的橫向，以船舶縱中線向左舷為正；z方向為船體的垂向，以基線向上為正。縱向范圍取到基座附近的強框或者艙壁位置；橫向范圍取到基座附近的幾道縱骨或艙壁；垂向范圍取到基座以下第二層甲板或平臺。

2.2 模型單元及網格尺寸

一般船體的內外板與強框架、縱桁、肋板、平面艙壁桁材、肋骨等的高腹板以及槽型艙壁用板單元模擬。各類板上的扶強材可用梁單元模擬，并考慮偏心的影響，縱桁、肋板上加強筋、肋骨和肘板等主要構件的面板和加強筋可用桿單元模擬。在橫向或垂向按縱骨間距或類似的間距劃分，縱向按肋骨間距或類似的間距大小劃分，舷側也參照該尺寸劃分，網格形狀應盡量接近正方形，如圖1所示。

3 邊界條件的設定

在模型做好以后，應對模型邊緣節點進行約束在模型范圍取到艙壁處時，可以看作為固定約束即TX、TY、TZ、RX、RY、RZ六個方向都固定；如果在模型范圍取到X方向縱骨處時，那么就可以認為TX、RY、RZ 三個方向固定，TY、TZ、RX三個方向自由。如圖2所示。

4 加載受力載荷

受力載荷根據各船級社規范中對系泊絞車所提及的要求進行加載。

以ABS船級社對錨機的受力要求為例。

（1）需要加載的載荷有：結構模型的自重，設備的重量；錨鏈的拉力（設有制鏈器，拉力應為錨鏈破斷力的45%，未設有制鏈器，拉力應為錨鏈破斷力的80%）；如果配有制鏈器，制鏈器的加強也需要校核。在模型中加載時可根據錨機安裝圖在相應的位置上加載，可以加載在節點上，也可以加載在單元上，還可以根據錨機設備參數來做一個剛性單元來模擬，如圖3所示。

（2）需要計算的工況（見表1、表2）

5 有限元分析結果的衡準

系泊絞車基座及其加強的有限元結果應該根據各船級社的規范要求來確認強度是否滿足。例如ABS船級社對錨絞車基座及其加強的強度校核要求為：

許用彎曲應力：0.85 σyd

許用剪切應力：0.6 σyd

σyd材料的最小屈服強度，在文章的事例中所用鋼材為普通Q235鋼，σyd=235Mpa

未設有制鏈器工況

從圖4和圖5中可看出，文章所舉事例的錨基座及其加強是滿足ABS船級社要求的。

6 結束語

提高設計質量，永遠是設計師追求的目標。通過對系泊絞車基座及其加強的有限元分析的介紹，使設計工作者更加清晰地了解局部有限元分析的流程， 在以后相關的工作中少走彎路，提高設計質量。

參考文獻

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