支撑结构设计论文

2022-04-15

摘要：对于水上起吊作业工程船，其工作甲板上会设置旋转吊机作为主要工作设备，对其工作环境有严格要求，而且需要做足够强度的支撑加强。今天小编为大家精心挑选了关于《支撑结构设计论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

支撑结构设计论文篇1：

吊舱式推进器支撑结构设计与校核

摘要：介绍了船舶吊舱式推进器的性能优点，吊舱推进器支撑结构设计校核的难点，给出吊舱支撑结构设计和校核的指导思路。结合一艘4000t级船舶，提出吊舱支撑结构设计的具体实施方法，并采用有限元分析方法，对设计的吊舱支撑结构结构进行校核，验证设计的合理性，为同类吊舱支撑结构的设计、校核及进一步优化提供指导。

关键词：船舶吊舱推进;支撑结构;有限元方法

Key words： Pod propeller of ship; Supporting structure; Finite element analysis

1 引言

船用吊舱式推进器突破了传统“柴油机加开放式传动轴系”的推进器设计形式[1]，将推进电机和螺旋桨共轴制成独立的推进模块安装于船尾部，其推进电机和螺旋桨直接连接，组成独立的推进模块（见图1），并安装于船体底部的流线型吊舱器内[2]。该推进模块（吊舱）不仅可以行使推进功能，而且可以通过控制旋转角度实现对推进方向的控制，替代通常使用的舵和轴系，极大地提高了船舶设计、建造及操控使用的灵活性。基于上述优点，近年来吊舱式推进器越来越受到青睐，而其支撑结构的设计成为影响其应用的重点问题。

船用吊舱式推进器一般安装于尾舱底板的两舷，由于其运转时受力较大且复杂，运行精度要求较高，因此对安装处的结构有较高的强度、刚度及空间要求[5]。为此，安装区的支撑结构需作特殊加强，而尾舱两舷的空间一般较为狭小，故对支撑结构的型式有较高要求;此外，船用吊舱的支撑结构设计还需综合考虑结构施工的工艺性等问题。

如何结合吊舱受力特点，充分利用原有船体结构，设计出满足强度、刚度、使用要求、轻量、简洁的吊舱支撑结构，是本文研究的重点内容。

2 船用吊舱支撑结构设计

船用吊舱支撑结构设计的目标是：满足吊舱推进器运转时的强度及刚度要求，满足施工及维护要求，尽可能减少占用空间、减轻结构重量、节约总体资源。为达到上述目标，采用能够有效的传递载荷、结构稳定简洁的辐射型支撑结构型式。具体设计思路为：根据船用吊舱式推进器的安装面确定设备安装位置，再结合吊舱式推进器所处舱室的实际空间和原船体构件分布情况，确定支撑结构加强范围;在吊舱式推进器上部设置环形基座，包括基座腹板、基座面板，将环形基座腹板牢固地焊接在船底板上;选取支撑结构加强范围内的吊舱式推进器环形基座外侧适当距离的原船体强构件，如龙骨、肋板或舱壁作为主框架，以环形基座中心为圆点向周围主框架设置辐射形肘板，以便基座上的受力向主框架上有效传递;辐射形肘板在主框架外与原船体构件形成连续结构，使应力分布更均匀;辐射肘板与环形基座面板采用圆弧过渡并牢固焊接，增加支撑结构的整体刚度。必要时对支撑结构加强范围内的原船体构件采取加厚及加固等措施予以加强;为满足施工及维护要求，应尽量均匀布置辐射肘板，合理选取肘板面板宽度，避免与原船体构件形成狭小空间。

现介绍一例4 000 t级船舶吊舱推进支撑结构的具体设计方法：目标船吊舱功率1600 kW、环形基座腹板直径2 060 mm、环形基座腹板板厚34 mm、环形基座面板板厚80 mm;原船船底結构为横骨架式，每600 mm设置实肋板、每2000 mm间距设置龙骨;根据吊舱安装位置，选取距中1500 mm纵舱壁、距中6000mm旁内龙骨、FR3、FR9实肋板作为吊舱支撑结构的主框架，左右舷的实肋板过渡加厚至30 mm与环形基座腹板连接兼做辐射支撑肘板，面板过渡加厚至32 mm与环形基座面板连接;由吊舱环形基座面板中心向船首及船尾方向设置30 mm的辐射支撑肘板及32 mm的面板，在主框架外设置短龙骨继续向首尾主横舱壁延伸;各支撑肘板及相应面板端部均设置圆弧过渡区;船体外板由原12 mm加厚至16 mm，加厚范围选取主框架以外200 mm范围。吊舱支撑结构形式，见图2。

由图2可以看出，本文设计的吊舱支撑结构充分利用原有船舶构件，结构完整连续，构件分布均匀，可保证施工及维护空间要求，具有良好的工艺性。

3 船用吊舱支撑结构校核

由于吊舱支撑结构无统一标准化设计及校核方法，因此需采用直接计算方法校核其强度、刚度是否满足要求。下面结合上述4 000 t级船舶的吊舱支撑结构设计实例，采用有限元仿真方法对吊舱支撑结构进行强度及刚度校核。

3.1 有限元模型

参考CCS《钢制海船入级规范》第2篇第3章第7节甲板设备支撑结构直接计算的相关要求，为了更真实地模拟吊舱基座周围力的传递对基座的影响以及基座随船尾的整体变形情况，建模范围取整个吊舱舱段从主甲板至船底板所有结构[6]。

有限元模型采用右手坐标系：原点设于尾垂线和基线相交处;x轴为沿船长方向向船首方向为正;y轴为沿水平方向向左舷为正;z轴为垂向由原点向上为正。

根据结构的实际受力状态，将吊舱各类结构用以下单元类型模拟[7]：

板壳元（四节点，shell181）：甲板、外板、纵舱壁及横舱壁、基座及其面板、肋板、纵桁及强横梁腹板等;

梁元（三节点，beam 189）：板材上的纵横骨材、肋板上的面板、纵横舱壁上扶强材、支柱等;

MPC单元：主从自由度用以加载集中外载，将法兰盘安装面上的各个节点耦合于法兰盘安装面的中心上。

模型的网格尺寸最大为300 mm，共包含19353个shell单元、6 906个beam单元及2个MPC单元。

根据所选材料：屈服极限为235 Mpa;材料参数为E=2.01×1 011 pa;μ=0.3;ρ=7 850 kg/m3。

吊艙舱段及支撑结构的有限元模型，如图3、图4所示。

3.2 边界条件

参考CCS《钢制海船入级规范》第2篇第3章第7节甲板设备支撑结构直接计算的边界条件相关要求，应在主要支撑结构处设置位移约束。因此将吊舱舱段首端的主横舱壁与外板及甲板相交处的节点做简支约束。

3.3 载荷

根据设备资料，吊舱产生的载荷合成后为：重力342 kN、径向螺旋桨产生的拉力589 kN、倾斜力矩1456 kN·m、转舵时产生的水平力矩443 kN·m。由于吊舱可360 °旋转，因此选取0、±45°、±90°、±135°及180°方向推进共8种计算工况，各工况载荷换算值如表1所示。

在具体施加载荷时，在吊舱环形基座的安装面上建立刚性域，将环形基座上各个节点耦合于环形基座安装面中心的节点上，将载荷施加于中心节点上。载荷施加示意图，如图5所示。

3.4 校核衡准

由于吊舱推进器与船体外板间的距离、角度等对推进器周围流场有巨大影响，影响推进器的推进效率。若吊舱推进器支撑结构在推进器运行过程中发生过大的相对变形，将导致推进器与船体外板间的距离、角度偏离设计值，从而降低推进效率甚至产生安全隐患。因此，不同于其他以强度校核为主要指标的支撑结构，吊舱推进器支撑结构的主要设计指标还应满足严苛的刚度要求。参考CCS《钢制海船入级规范》第2篇第3章第7节甲板设备支撑结构直接计算的许用应力相关要求，吊舱支撑结构校核衡准取为：基座区域允许最大相对变形（即法兰盘安装面与相邻区域原船体外板间的相对变形）为1 mm;合成应力的许用值为235 Mpa。

3.5 计算结果

通过仿真计算分析，可得到吊舱推进器各角度运转时支撑结构的合成应力结果、法兰盘安装面节点的位移及计算得出的最大相对位移数值，如表2所列。

由表2所列结果及位移云图（略）可知：吊舱在各工况推进时，吊舱推进器支撑结构上的最大应力均出现在与吊舱推进器基座腹板相连的外板上;最大相对变形均出现在吊舱推进器基座的面板上;各工况下应力及变形数值均小于相应限值，即吊舱推进器支撑结构的强度及刚度均满足相关校核衡准要求。

在满足强度及刚度要求基础上，为减轻重量进一步对支撑结构各构件的布置及尺寸选取进行对比分析，得到支撑结构各部件的合理布置范围及规格区间如下：吊舱支撑结构加强范围以距吊舱推进器环形基座中心2.5～3.0倍吊舱环形基座直径距离为宜;主框架选取在距吊舱式推进器环形基座中心2.0～2.5倍吊舱环形基座直径距离为宜;辐射肘板间距以1.0～1.5倍肋距为宜;肘板腹板板厚一般不小于环形基座腹板的0.8倍、面板板厚一般取腹板厚度加2 mm以上;支撑结构加强范围内的桁材、肋板等构件宜加厚至与辐射肘板等厚;基座附近的外板应较原外板增厚约0.4倍为宜;增厚范围以吊舱在外板开口直径的1.5～2.0倍为宜。以此形成一个满足船用吊舱安装和使用要求且轻量化的吊舱支撑结构。

4 结语

船用吊舱推进器支撑结构设计是吊舱应用的关键技术之一。为设计出能满足设备强度及刚度要求，同时保证施工及维护空间要求及重量轻，结构简洁的吊舱支撑结构，应遵循以下设计原则：（1）合理选取支撑结构加强范围，最大限度节省空间资源;（2）采取辐射型结构型式，加强构件布置应尽量均匀;（3）利用强构件形成主框架，增加支撑结构整体强度及刚度;（4）保证构件连续性，主要构件尽量向首尾主横舱壁处延伸;（5）所有构件应合理过渡，避免结构突变造成应力集中;（6）必要时对支撑结构加强范围内的原船体构件采取加厚及加固等措施予以加强;（7）合理选取支撑结构构件尺寸，尽量控制支撑结构重量;（8）合理选取构件面板宽度，避免形成狭小空间影响设备施工及维护;（9）充分利用原船体构件，节约总体资源。

由上述仿真计算校核结果可知，依据本文设计指导原则设计的吊舱式推进器支撑结构合理有效：辐射式支撑肘板能够有效地向各个方向传递吊舱式推进器不同角度操纵时的受力;辐射肘板与基座间的圆弧过渡连接减小了局部应力集中;辐射肘板在主框架之外延续与原有船体主要构件连接，减小了结构突变，使得整个吊舱支撑结构范围内应力较小且分布较均匀;连续、封闭的主框架牢固而稳定，有效的限制了结构及设备变形，满足设备运行时严苛的刚度要求。

现行规范尚未有关于吊舱式推进器支撑结构的完整的校核方法及衡准。本文从设备使用要求出发，给出了吊舱支撑结构校核的思路，采用有限元仿真分析方法，直观的展示了吊舱推进器支撑结构的应力和变形分布。本文提供的仿真模型模拟原则、计算工况的简化和选取、约束的选取、校核衡准的选取等，对同类船舶吊舱推进器支撑结构的校核及进一步优化设计具有较好的指导意义。

参考文献

[1]马驰，张旭，钱正芳等. POD 推进器技术发展及其应用前景[J].船舶工程，2007（6）：25-29.

[2] 咸屹，聂文天. 吊舱式全回转电力推进器的现状及展望[J].江苏船舶，2007（6）：28-29.

[3]邵赟，黄磊.“科学号”科学考察船吊舱式电力推进系统关键技术[J].船海工程，2015.

[4] 高海波，高孝洪，陈辉等. 吊舱式电力推进装置的发展及应用[J].武汉理工大学学报，2006（1）：77-79.

[5] 高宜朋，曾凡明，张晓峰. 吊舱推进器在舰船推进系统中的发展现状及关键技术分析[J].中国舰船研究，2011（1）：90-96.

[6]中国船级社. 钢质海船入级与建造规范[M].北京：人民交通出版，2018.

[7]刘笑天. ANSYS Workbench结构工程高级应用[M].北京：中国水利水电出版社，2015.

作者：张旭骆伟张艳董威曹俊伟

支撑结构设计论文篇2：

起重船旋转吊机的布置及支撑结构设计

摘要：对于水上起吊作业工程船，其工作甲板上会设置旋转吊机作为主要工作设备，对其工作环境有严格要求，而且需要做足够强度的支撑加强。本文叙述了通过有限元建模进行吊机支撑结构的直接计算，校核吊机的船体支撑结构是否满足CCS《钢质海船入级规范》及其修改通报、CCS《船舶与海上起重设备规范》及CCS《油船结构直接计算分析指南》的强度和屈曲要求，为相关技术人员在结构设计中提供参考。

关键词：旋转吊机;筒体支撑;有限元

Key words：Rotary crane; Cylinder support structure; FEM

1 前言

在客船、工程船的甲板上往往会设置旋转吊机。客船上的旋转吊机主要是用来起吊救生设备，它通常位于尾部的左右两舷，紧邻救生艇，方便救生艇的起吊。该吊机只是用来起吊救生艇，往往是由设备厂家和救生艇一起提供的，故其甲板下加强往往是和救生艇设备一起按甲板设备进行整体加强。

对于专门的水上起吊作业工程船，旋转吊机是其主要工作设备，对起吊能力要求较高，对工作环境也有严格的要求，尤其是风速、横摇与纵倾角度。根据布置不同，吊机可位于船首、船尾或船中。旋转吊机通常设置在横舱壁、纵舱壁或纵横舱壁相交处，若无舱壁，则需在甲板下设置足够强度的支撑结构。本文以某航标工作船为例作详细介绍。

2 旋转吊机的布置及支撑方式

2.1 位于船首的旋转吊机支撑

（1）吊机的布置

某航标船（甲）首部主甲板为作业区，在首部中纵剖处设1 t电动液压变幅旋转吊机，吊机所在甲板下布置有横舱壁。

（2）吊机的支撑结构

旋转吊机筒体焊接在甲板上，并在筒体底部均布12个肘板;吊机所在甲板下作筒体支撑，其直径、厚度与吊机筒体相同;筒体在舱壁处断开，筒体内横舱壁开一人孔，筒体与舱壁焊接，确保水密;船底设一直径与筒体相同的环形T型梁，筒体焊接在环形T型梁的面板上。

2.2 位于船尾的旋转吊机支撑

（1）吊机的布置

某航标船（乙）尾甲板为作业区，在尾部中纵剖处设置3 t全回转液压起吊机，其所在甲板下设有横舱壁。

（2）吊机的支撑结构

采用筒体支撑加强，筒体的直径、厚度与吊机筒體相同;甲板开孔，加强筒体穿过甲板直达船底;船底处设与筒体直径相同的环形T型梁加强，筒体与T型梁面板焊接，加强筒体与横舱壁进行双面焊接，使其水密;加强筒体上部与吊机筒体通过法兰连接。

2.3 位于船中部的旋转吊机支撑

（1）吊机的布置

某航标船（丙）中后部为工作区，在中部中纵剖处设置3 t全回转液压起吊机，主要参数为：安全工作负载3 t、回转半径7 m、工作允倾横倾角度≤10°、纵倾≤4°，最大风速（工作时）≤20 m/s。

（2）吊机的支撑结构

采用筒体支撑，筒体直径、厚度与吊机筒体相同;甲板开孔，加强筒体穿过甲板直达船底与船底板焊接;加强筒体上部与吊机筒体通过法兰连接。

3 旋转吊机的船体支撑结构计算

以上述航标船（丙）布置在船中的3 t旋转吊为例，说明如何进行船体支撑结构计算。

参照相关结构图纸，利用有限元软件MSC PATRAN/NASTRAN建模，通过直接计算的方法，校核船舯部旋转吊机船体支撑结构强度能否满足CCS的相关规范要求。

3.1 有限元建模

3.1.1 计算坐标

X方向：以船长方向作为计算坐标的X方向，以船首方向为正向;

Y方向：以船宽方向作为计算坐标的Y方向，以纵中剖面往左舷的方向作为正向;

Z 方向：以型深方向作为计算坐标的Z 方向，以垂直向上方向作为正向。

3.1.2 有限元模型的范围

纵向：FR19～FR29

横向：左舷舷侧至右舷舷侧;

垂向：船底实肋板面板～机舱顶棚，并往上延伸至起重柱的支撑圆筒顶端。

3.1.3 模型

本模型主要用板壳单元Quad4建模，用三角形单元Tri3、梁单元Bar2辅助建模;有限元网格按肋骨间距与纵骨间距的1/2划分。

起重柱与主船体结构相连接区域构件交错较多，结构较为复杂，为较好观察多个构件相交所造成的高应力部位的影响，适当细化起重柱与主船体结构相连接区域的网格，细化后网格为原尺度的1/4～1/2。

本计算将起重柱的支撑圆筒结构纳入计算模型。但对于该支撑圆筒的结构强度不做校核，仅仅是为了减小模型边界约束的影响并传递荷载，如图1所示。

3.1.4 结构材料的特性

起重柱为高强度钢AH36，其余为船用普通钢。

3.1.5 单元属性

模型中，将单元Quad4 、Tri3的属性定义为Shell;将Bar2 梁单元的属性定义为Beam，且注意偏心。

根据相关规范要求，仍需校核支撑结构的抗屈曲能力。为方便屈曲强度的评估，除起重柱不作校核外，全都将减薄厚度1.0 mm除去。

3.1.6 边界条件

根据相关规范要求，并考虑本模型的实际情况，对本计算模型设置约束条件，如表1、图2所示。

3.2 载荷条件

本模型的载荷主要包括：旋转吊机的自重、吊机起升产生的载荷、回转加速产生的水平载荷、风压载荷与运动载荷。

3.3 工况载荷组合

本计算假定本船的作业工况属于规范所定义的标准作业工况。旋转吊机下船体结构左右对称，以回转中心和甲板面的交点为原点，将载荷作用的方向定义与计算模型建模所设置的坐标方向相同。

对旋转吊起重机，分别设置以下几种作业情况：

（1）起重机工作、纵向起吊、起重臂在XOZ 平面内作业，起重臂指向船尾方向;

（2）起重机工作、横向回转起吊、起重臂在YOZ 平面内作业，起重臂指向船左舷方向;

（3）起重机工作、水平回转、回转方向由船尾旋转至左舷，或由左舷旋转至船尾;

（4）风压载荷作用，沿纵向时其方向由船首指向船尾，沿横向时其方向由船右舷指向左舷。

根据规范要求，旋转吊机下的船体支撑结构强度计算，应考虑如下几种工况：

（1）吊机在无风状态下正常作业;

（2）吊机在有风状态下正常作业;

（3）吊机不作业、船舶运动。

工况的组合载荷，详见表2。

3.4 计算结果

本模型计算的结果，以应力云图的形式显示。在各作业工况下船体支撑结构各主要构件的应力，主要有剪切应力、正应力、von-Mises应力等，如图3所示。

3.5 强度及屈曲校核

3.5.1 安全系数

根据规范要求，不同作业工况下计算应力应不大于构件的许用应力值;对本项目中位于三面相交角隅位置并与支撑筒体直接相连的板单元，von Mise 应力的安全系数取为1.15，正应力与剪应力的安全系数可相应减小。

本船结构构件强度校核的安全系数，如表3 所列。

3.5.2 许用应力

根据相关规范要求，许用应力通常不超过表4的值;此外，可以不采纳形状很差和应力集中的单元应力。

表4中k为材料换算系数。起重柱的筒体为AH36 高强度钢，取k = 0.72;其它結构构件为普通船用钢，实取 k =1.0。

3.5.3 强度校核

旋转吊机下船体支撑结构的应力计算结果，如表5 所列：

由表5可知，旋转吊机下船体支撑结构的强度满足相关规范的要求，且有一定裕度。

3.5.4 屈曲强度

屈曲强度评估中，构件的标准减薄厚度取1.0 mm，最小屈曲安全因子取1.0。船体结构的屈曲强度校核，如表6 所列。

由表6 可知：旋转吊机下船体支撑结构的屈曲强度满足相关规范要求，且具有一定裕度。

4 结论

对于水上起吊作业工程船，旋转吊机要尽可能布置在船体的中纵剖面处。其船体支撑结构有不同的方式，但最好采用筒体支撑结构。通过上述计算可以看出，筒体支撑结构能够很好地满足规范对强度的要求，并有一定的裕度。

参考文献

[1]中国船级社.钢质海船入级规范[M]. 北京：人民交通出版社，2018.

[2]中国船级社.船舶与海上起重规范[M]. 北京：人民交通出版社，2008.

[3]中国船级社.油船结构直接计算指南[M]. 北京：人民交通出版社，2003.

作者：马亮　蒋晟梧　李明明

支撑结构设计论文篇3：

某沿海双体客船系泊锚泊支撑结构设计

摘要：本文介绍了中国船级社《规范》对系泊锚泊设备支撑结构的设计和计算方法，并以某沿海双体客船为实例，对该船首尾系泊锚泊设备支撑结构的设计进行阐述。基于Patran/Nastran有限元软件，建立包含舷墙和锚机基座的船体有限元模型，对各系泊锚泊设备进行受力分析，校核其支撑结构强度。计算结果表明，该船系泊锚泊支撑结构满足《规范》的相关强度要求，可为同类船舶系泊锚泊支撑结构设计提供参考。根据计算结果，对设计方案提出建议和注意事项。

关键词：系泊锚泊;支撑结构;强度计算

Key words： Mooring and anchoring; Supporting structure; Strength calculation

1 前言

船舶系泊錨泊设备在工作时，会受到较大的集中载荷。为了保证作业的安全，需要根据这些设备的作业特点和基座形式，对其支撑结构进行设计，并采用直接计算方法验证设计结果[1]。

2 系泊锚泊支撑结构设计

系泊锚泊设备支撑结构设计，可参照《国内航行海船建造规范》（2018）[2] [3]（以下简称《规范》）3.6.3.5对拖带船用配件支撑结构的要求进行，图1为其结构布置方法示意图。

建立结构的三维有限元模型，对系泊锚泊设备支撑结构构件应力进行直接计算。通常，系泊船舶用的系缆桩、导缆孔以及用于拖带的设备的设计载荷和许用应力，参考《规范》第3章第6节的要求;锚机、挚链器等锚泊甲板设备的设计载荷和许用应力，参考《规范》第3章第7节的要求。设计和建模时，需注意所有构件均应增加2 mm的腐蚀厚度。

系泊设备如系缆桩、拖桩等支撑结构载荷，以系索破断强度的1.15倍作为设计载荷;导缆孔根据系索布置计算载荷分量的合成力[4];锚泊设备如锚机载荷，主要参考《规范》3.2.5甲板上浪载荷和锚链破断负荷。当不带挚链器时锚机设计载荷为破断负荷的80%，若带有挚链器为45%;挚链器载荷为破断负荷的80%;许用应力（板元相当应力和梁单元合成应力）不大于钢材的屈服强度，剪切应力不大于屈服强度的60%。

3 设计及强度计算分析实例

以某300客位沿海双体客船为例，分别对首尾区域的带缆桩、导缆孔、十字缆桩、锚机、挚链器支撑结构进行设计，并采用有限元方法校核其应力。该船主尺度如下：

3.1 支撑结构设计

3.1.1 首尾部带缆桩支撑结构设计

本船首尾部带缆桩选用型号为GB/T554-2008 A200-78，主甲板支撑结构用桁材沿长边方向进行加强。首部带缆桩系泊加强结构示意图，如图2所示（包含锚泊加强）。

3.1.2 首尾部舷墙导缆孔支撑结构设计

本船首尾部系泊导缆孔选用型号为GB/T36213-2018 B250x200，导缆孔周围与舷墙开孔相焊接，并对孔缘左右和上下增加肘板进行加强。图3为首部导缆孔加强结构示意图（位于舷墙结构）。

3.1.3 首尾部十字缆桩支撑结构设计

本船首尾部十字缆桩选用型号为CB/T3845-2013 250，其底座为500x500的正方形，尾部沿船宽方向进行加强;位于船首的十字缆桩中心位置在片体内舷外板，并和连接桥相连接，此处若沿船宽方向加强则施工困难。考虑到本船连接桥为横骨架式，肋距为550 mm，在保证不影响系泊与拖带功能的前提下，可通过在十字缆桩下端增加倾斜的T型材并与连接桥横隔板直接相连，采用直接计算法对该T型材强度进行验证。尾部十字缆桩加强结构示意图，如图4所示。

3.1.4首部锚机支撑结构设计

本船电动锚绞盘和挚链器匹配锚链直径为φ24。其中，挚链器选用CB/T3844-2000。通过基座将锚机（挚链器）和主船体相连;锚机基座应考虑螺栓位置，主甲板上应通过桁材对锚机基座进行加强;挚链器基座沿长边方向布置，并在主甲板进行加强。

3.2 模型建立

3.2.1 有限元模型

在MSC.Patran中建立全船有限元模型，模型范围为首尾主甲板以下的全船结构[5]。具体模型的范围为：纵向从片体尾封板至首柱;考虑到模型的对称性，横向从中纵剖面至右舷，包括和片体相连的连接桥;垂向从船底基线至主甲板。其中首部区域包括了首舷墙结构、锚机底座及支撑结构，尾部区域包括了尾舷墙结构。

具体建模要求参考《规范》3.6.4.5和3.7.2.6对有限元模型要求。网格大小约1个肋骨间距;支撑结构周围区域网格适当加密，以反映设备支撑结构的实际分布。主要板材和桁材腹板用壳单元模拟;扶强材和桁材面板用梁单元模拟。首部结构模型见图5，尾部结构模型见图6（图示左舷，右舷对称）。

3.2.2边界条件

边界条件以不影响中心区域的计算结果为原则。为消除刚体位移，同时远离应力集中的影响，在船体中线和片体中心线底部施加固定约束，如图7所示。

3.3 设计载荷计算

3.3.1 带缆桩载荷

根据《规范》3.6.4.3，船用配件的船体支撑结构的最小设计负荷，应为设计者选定的系索破断强度的1.15倍，即最小设计负荷为120.75 kN;载荷方向根据《系泊设备布置图》确定：系泊索指向舷外，作用点位于距基座以上4/5的筒体高度，即距主甲板高度为340 mm。

设计载荷见表1;尾部带缆桩、导缆孔、十字拖桩加载示意图，见图8。

3.3.2导缆孔载荷

导缆孔设计载荷方向，应考虑相应带缆桩（或十字缆桩）的布置位置，并考虑位于舷外的系索与船体之间存在的相对位置夹角（即舷外向上为30°、向下为-90°、向左为-90°、向右为90°），因此对于导缆孔应计算四种不同工况;此外，位于船首和船尾的十字缆桩系索的最小设计负荷为201 kN。受篇幅限制，仅列出工况1对应的导缆孔载荷（舷外向左-90°）与舷内载荷的叠加，如表2所列。

3.3.3 十字缆桩载荷

《规范》3.6.3.3规定，十字缆桩的拖带设计载荷，应为舾装数N对应的拖索破断负荷201 kN;具体方向根据系泊设备布置图确定（系泊索指向舷外）;设计负荷如表3所列，作用点距主甲板640 mm。需注意首部十字缆桩为拖带兼系泊用，从不同的导缆孔穿出的系索方向不同，受力应予以区分。

3.3.4 锚机载荷

根据《规范》§3.2.5，甲板上浪载荷分为Px和Py：Px垂直于锚机轴线由船首向后方向;Py平行于锚机轴线分别作用于舷外和舷内，作用于锚机滚筒中心线处，距锚机基座上表面280 mm。Px为94.3 kN、Py为120.3 kN。

本船锚机配有挚链器，根据《规范》§3.7.2锚机设计载荷为锚链破断强度的0.45倍;作用点位于锚机滚筒中心线处，作用方向为锚链沿挚链器和锚链孔的方向，大小为214 kN。

3.3.5挚链器载荷

挚链器支撑结构的设计载荷为0.8倍锚链的破断强度，大小为381 kN;作用点位于挚链器滚轮中心线处，距首升高甲板715 mm;方向由锚泊设备布置图确定。

3. 4 计算工况

根据前述受力分析，校核缆桩和导缆孔、锚机和掣链器的工况组合。对于系泊与拖带，LC1～LC4分别为导缆孔舷外四个不同方向载荷及舷内载荷、对应缆桩载荷，LC5为#74+200十字缆桩兼拖带功能及对应导缆孔载荷。对于锚泊，LC1和LC2分别为舷外和舷内锚机甲板上浪载荷，LC3为锚机0.45倍锚链破断载荷及挚链器0.8倍锚链破断载荷。考虑到系泊与拖带和錨泊对应位置不同，共5种计算工况。

3. 5 许用应力与计算结果汇总

根据得到的计算结果，首部区域加强结构相当应力（LC3）见图9，尾部区域加强结构相当应力（LC1）见图10。对应的首尾加强结构应力水平汇总见表4。

计算结果表明，本船首部系泊锚泊支撑结构和尾部系泊支撑结构，均满足《规范》的相关要求。

4 总结

本文根据《规范》要求，对该船首尾系泊锚泊支撑结构进行强度分析，计算结果表明满足要求。同时，在设计过程应注意以下几点：

（1）应提前考虑系泊锚泊设备的布置和钢材腐蚀量对结构的影响。在结构规范计算时，除了满足构件自身的强度外，还应对首楼甲板、尾部甲板及支撑结构进行适当加厚;

（2）在支撑舷墙导缆孔的肘板位置出现了应力集中现象，在设计舷墙时应适当降低舷墙肘板间距、对舷墙顶部构件进行适当加强，以减小因受到集中载荷作用在导缆孔所引起的变形。此外，在建造时应将支撑导缆孔的肘板与导缆孔进行全焊透，以增加受力面积;

（3）位于锚机底座支撑结构的应力较大，在设计时应适当增大周围的强构件的尺寸。此外，在有限元建模的过程中，应尽可能准确的模拟该区域的结构支撑。

参考文献

[1] 崔健，陈家旺，韩强，吴永顺. 全回转拖轮首部带缆桩甲板支撑结构强度分析[J].中外船舶科技，2012（2）：22-24.

[2] 中国船级社. 国内航行海船建造规范[M].北京：人民交通出版社，2018.

[3] 中国船级社. 关于执行MSC/Circ.1175通函的通知[S].2005.