1 前言
當船舶在錨地拋錨時，由于船舶自身的重量、裝載的貨物重量和風、流的作用，錨鏈將承受巨大的拉力，僅僅靠錨機剎車帶剎緊后產生的剎車力是不夠的。如果這個巨大的拉力直接作用在錨機剎車帶上，勢必造成錨機剎車帶的不斷磨損，一旦錨機的剎車力不能承受這個巨大的拉力時，又會造成松錨、走錨、錨和錨鏈的丟失；如果錨機的剎車力始終能夠承受這個巨大的拉力，那么這個巨大的拉力就將作用在錨機的傳動軸、錨機的機座上，就有可能造成錨機的傳動軸、錨機機座的變形，嚴重時甚至造成錨機機座的拉裂、翻身。
為了能夠承受這個巨大拉力，錨鏈止鏈器本身（包括止動塊、底座）一般都設計比較笨重、堅固，止鏈器的底座一般也直接燒焊在船首主甲板強度比較堅實的甲板橫墚或甲板縱骨上，有些船舶在設計中還對安裝止鏈器位置的主甲板進行局部重型加強，其目的都是為了使船舶在拋錨時尤其是大風浪中拋錨時，錨鏈能夠承受巨大的拉力。然而，船舶止鏈器在拉錨定位后與甲板下預設的加強結構不對位，須在后期進行現場調整加強位置，由于空間狹小及高空作業而影響施工及生產進度。本文以某30萬噸VLCC原油船為例，以CSR規范為設計指導，改變慣有的對位加強形式，設計新型的井桁式止鏈器加強結構，變對位加強為區域加強，實現止鏈器加強結構全部在分段制作階段施工結束，避免后期的調整，降低施工難度，縮短建造周期。
2 止鏈器基座及其支撐結構的有限元模型
本止鏈器及其附近的船體支撐結構的材料均為A級鋼和AH32級鋼，其彈性模量為206GPa，泊松比為0.3，密度為7850kg/m3，極限強度為235MPa和315Mpa。
2.1 模型概述
系泊設備應盡量布置在甲板結構的橫梁和縱桁等強構件上，以有效的分布系泊負荷。船體支撐結構指的是那些與船舶舾裝件直接相連且用來分配作用在系泊設備上的力的船體結構，如與之相連的橫梁、縱桁和艙壁等。
2.2 模型范圍
本報告結構強度的分析對象是船舶錨機下的船體結構，屬于局部應力分析問題。按照建立有限元模型的基本要求，模型的邊界取為強力構件，具體范圍如下：
縱向：取FR99橫艙壁至FR102強橫梁以內的艏樓甲板
橫向：取距中1700mm至距中12750mm強縱桁以內的艏樓甲板
垂向：取艏樓甲板至主甲板以內的艙壁及支撐結構
圖1 整個模型網格劃分
2.3 網格的劃分
有限元模型中，甲板板、艙壁板、強橫梁、縱桁的腹板、肘板橫梁、骨材、扶強材、強橫梁與縱桁的面板全部采用shell單元模擬。
本報告重點分析的是止鏈器基座、相關甲板以及甲板下結構強度，而這部分加強結構比較多，要想真實模擬構件的準確位置，因此該部分網格大小采用50×50mm的shell單元，以便算出較為合理的應力結果。
2.4 有限元模型圖示
圖2 甲板下結構網格劃分
圖3 止鏈器基座網格劃分
3 載荷與邊界條件
3.1 載荷的確定與施加方法
本船的錨鏈規格為φ114，查標準GB/T549-2008得到錨鏈的破斷負荷為8890KN。根據CCS規范要求，取破斷負荷的80%作為設計工況，方向為錨鏈指向甲板平面上錨鏈管口中心，如圖4所示。
圖4 止鏈器的受力分析
本文分析的是止鏈器基座、相關甲板以及甲板下結構強度，因此并未建立止鏈器模型。而實際力的傳遞是由錨鏈傳到止鏈器，再傳到止鏈器基座，再傳到主船體，止鏈器是傳遞力的載體，只要將止鏈器基座上的受力點與錨鏈載荷施加點關聯上即可模擬比較真實的受力情況，故用MPC來模擬。
圖5 邊界條件
3.2 邊界條件的設定
由于此模型范圍已足夠大，即在載荷作用下，模型邊界所產生的應力已足夠小，所以在此模型中與其他結構相連接處的邊界都采用簡支處理，即在邊界節點Ux、Uy和Uz都為0，Rx、Ry和Rz都為自由，如圖5所示。
4 許用衡準
本船艏樓甲板采用普通A級鋼，其屈服極限σyd＝235Mpa，有限元模型重點分析部分的網格為50×50mm，故采用CSR許用應力衡準，不鄰近焊縫的單元局部合成應力許用值大小應為原標準的1.7倍，為399.5Mpa；鄰近焊縫的單元局部合成應力許用值大小應為原標準的1.5倍，為352.5Mpa。如果采用AH32級鋼，其屈服極限σyd＝315Mpa，CSR許用應力衡準在不鄰近焊縫處與鄰近焊縫處分別為512.18Mpa與451.9Mpa。
5 計算結果
計算結構中各構件的應力水平如表1所示，整個模型的合成應力結果如圖6所示。
表1 構件應力水平
圖6 整個模型合成應力結果
6 結論
通過對井桁式止鏈器加強結構的研究，所設計的結構方案已國內的先進水平，該項目已經通過DNV及CCS船級社審核，在T3000系列上成功地進行了應用，并得到船東的好評，其間解決的關鍵技術如下：
1.實現了止鏈器井桁式加強結構設計形式；
2.實現了止鏈器甲板下加強在分段階段焊接，避免了止鏈器甲板下加強在分段階段釘焊、合攏階段焊接的情況；
3.簡化了止鏈器及甲板下加強安裝、調整的工作難度，節省了施工時間。
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本文標題：非對位井桁式止鏈器加強結構設計研究
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