船用大抓力锚分析(附件)【字数：12551】
我国为发展海洋力量，建设海洋强国，在近些年来，越来越注重对船舶辅助设备的发展。船锚就是非常重要的船舶辅助设备，船锚的种类多种多样，其中船用大抓力锚的抓力为普通有杆锚的两倍以上，广泛应用于各类大型船只。船锚样式虽然很多，但是都各有优缺点，本文将要介绍一款自行开发的船用大抓力锚，并对该大抓力锚的强度和疲劳特性进行计算。AC-14大抓力锚是世界公认性能良好的大抓力锚之一，以重量为9675Kg的AC-14大抓力锚为原始模型，收集和分析已有船锚的结构优势，结合自己的创新开发出一款新型船用大抓力锚。并根据规范GB/T 548-1996《锚技术条件》中锚的拉力试验原理，建立该锚的受力分配模型，再结合有限元分析对其进行静力学分析、疲劳分析。结果表明，新型大抓力锚的最大应力出现在锚与锚干接触处，为100.8MPa，小于材料的屈服极限230 MPa；新型大抓力锚的最大位移出现在锚干底部处，为1.582mm，此值相对于锚的体积而言较小；新型大抓力锚中锚的疲劳寿命8.104×//次，锚杆的疲劳寿命为9.056×//次，属于高周疲劳。所以该大抓力锚的结构强度、刚度、寿命均满足船舶的使用要求。关键词船用大抓力锚、结构优化设计、静力学分析、疲劳寿命计算
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 船用锚的发展简介 2
1.3 船用大抓力锚国内外研究现状 4
1.4 本文的研究内容 6
第二章 船用大抓力锚的方案设计 7
2.1 分析几种常用船锚的结构特点 7
2.2 初步结构的确定及建立三维模型 9
2.3 最终方案的确定 12
第三章 利用有限元分析软件对船用大抓力锚进行静力学分析 15
3.1采用hypermesh软件进行网格划分 15
3.2 采用abaqus软件进行静力学分析 17
第四章 疲劳计算 21
4.1基于femfat的新型船用大抓力锚疲劳分析 21
4.2本章小结 26
第五章 新型锚与AC—14型锚的对比分析 27
5.1 AC—14型船用大抓力锚的静力学分析及其疲劳寿命计算 27
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第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 船用锚的发展简介 2
1.3 船用大抓力锚国内外研究现状 4
1.4 本文的研究内容 6
第二章 船用大抓力锚的方案设计 7
2.1 分析几种常用船锚的结构特点 7
2.2 初步结构的确定及建立三维模型 9
2.3 最终方案的确定 12
第三章 利用有限元分析软件对船用大抓力锚进行静力学分析 15
3.1采用hypermesh软件进行网格划分 15
3.2 采用abaqus软件进行静力学分析 17
第四章 疲劳计算 21
4.1基于femfat的新型船用大抓力锚疲劳分析 21
4.2本章小结 26
第五章 新型锚与AC—14型锚的对比分析 27
5.1 AC—14型船用大抓力锚的静力学分析及其疲劳寿命计算 27
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2 新型锚与AC—14型锚的分析结果对比 30
总结 32
致谢 34
参考文献 35
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
我国作为最为古老的国度之一，我们的祖先也是最早有船这个概念的。从开始的独木舟演变到后来的木板制船，船这个最重要的水上交通工具在人类的历史上扮演了重要的角色。在我国古代就有将石头或者装满石头的篓筐作为停船器具的做法。据史料记载中国南朝已有关于金属锚的船只出现，而中国古代帆船使用四抓铁锚，这种锚性能良好并沿用至今。古时候的锚具有爪钩的形状，在泊船的时候抛入水中，锚爪嵌入泥土中产生抓力。船锚的功用有很多，装卸货物、进港躲避风浪、减刹船速时都需要用到锚[1]。
随着人类文明的不断发展，人们对海洋的探索欲越来越强，十五到十七世纪世界各地纷纷开始开展跨洋活动。人们探索海洋的同时，对船舶的要求也越来越高，而锚作为保证船舶安全的重要工具逐渐受到了人们的重视。但是在19世纪之前，由于技术相对落后，船用锚的发展一直非常缓慢[2]。伴随着航运业的发展，人们逐渐认识到锚的重要性，才逐渐加大力力度，注重开发新型的、性能更加优良的锚。在种类繁多的锚当中，以大抓力锚的性能最为优良。大抓力锚是指同等质量情况下提供普通有杆锚两倍抓力以上的锚，这类锚的特点是猫爪啮土面积大，并且啮土深，由于其突出的抓底性能，多用于巨型船舶和军用船舰。
近年来造船、航运和海洋事业的发展,各种船舶和海上建筑物对维系其安全的锚设备要求越来越高。为适应我国造船工业走向国际市场的需要，适应海洋开发的不断发展，我国锚的系列规格、试验方法和材料性能都应同国际接轨。过去国内只能生产普通锚，如无杆锚、有杆锚、斯贝克锚和霍尔锚等，虽有单位生产AC14 大抓力锚，但是，按国外标准生产，由客户提供图纸。十三五以来我国强调要建设海洋强国，船锚作为保证船舶安全的重要一环也理所应当受到更多重视。
为了响应号召，国内的船锚铸造厂根据国外船锚的标准自主进行船用大抓力锚的研制，图纸已经得到多家船级社的认可[3]，并对几种特定的锚型进行了实船试验，对比分析了其性能。
当前，国际上使用的锚多种多样，有设稳定杆的锚，有突出锚“冠”作用的锚，也有既不设稳定杆的又不突出锚“冠”的锚，等等。我们应该分析这些锚的优缺点，结合自己的独特设计自行研制新型优质船用大抓力锚。
1.2 船用锚的发展简介
锚简而言之就是具有特殊形状和结构的钢铁件，抛入水中锚爪嵌入泥土中产生抓力。起初人们只知道用石头和木头做简单的组合，渐渐的人们开始使用金属锚，但是由于工业水平有限，船用锚一直发展缓慢。但从十九世纪开始，伴随着工业的进步，航运时代的来临，各式各样的锚相继出现，船用锚得到了快速的发展。近代锚的发展大体可分为三个时期：有杆锚时期、无杆锚时期及大抓力锚时期。
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图11 有杆锚的抓底过程
十九世纪中前期是有杆锚的时代。有杆锚便是指在锚杆上设有一个横杆，该横杆可辅助锚爪抓底，可起平衡和稳定锚身的作用。如图11所示抓底时，锚爪与锚杆分别在两个相互垂直的平面内。这种锚的好处是结构简单、抓力系数大且稳定性好。存在的问题是其抓底时一只锚爪向上且锚爪和锚杆间不可转动易产生铰链。同时，如果抛锚在浅水区易刮伤过往船只底部。虽然在接下来的一段时间内人们为了反绞缠锚链发明了“有杆转爪锚”，但是在毛的结构上并没有做出什么革命性的突破。
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图12 无杆锚的抓底过程
十九世纪末期无杆锚的出现使得船锚在结构上出现了革命性的变化。其结构上最主要的特点是：无杆锚的锚干上不设有锚杆，如图12两锚爪可向锚杆两侧转动一定角度，抓底时同时啮土。随后，在十九世纪末期至二十世纪初期各式各样的无杆锚相继出现。无杆锚的设计更偏向于便捷，之后出现的霍尔锚，船锚和锚链筒的统一设计使无杆锚可以收进锚链筒内，这样一来可减少操作人数，降低成本，该锚结构简单，抛起锚方便，便于收藏。总而言之，无杆锚最大的优点就是使用方便，但是其共同的缺点是抓力系数不大且抓底后稳定性也不太好。当船舶发展的越来越大时，无杆锚显然渐渐满足不了需求了。
大抓力锚按有杆和无杆分可分为有杆大抓力锚和无杆大抓力锚，其特点是锚爪宽且长、啮土深、稳定性好、抓重比大。
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