造船技术研究
Sh^lraiildingTedmology R esearch
柳辉，崔杰，邓小康，陈琅
()蔚撒学ISI白与海洋工程学院，游镇江212003)
摘要：通过数值模拟，以某一散货船为例，研究风、浪、流载荷共同作用对该舖锚泊系统
产生的影响，在有限元软件A N S Y S-A Q W A中建立了该船舶及其锚泊系统的有限元模型，并对其进
行分析。主要对3种典型工况下的船舶锚泊系统进行数值模拟，并对猫链张力进行校核，对运动响 应进行分析，完成数值计算结果分析。研究结果表明：锚泊系统的运动响应分析及锚链张力校核在 船舶建造和安全性能评估的过程中发挥重大的作用；数值模拟分析可以为选取适宜的锚泊系统提供
依据和保障，有效减少经济损失。
关键词：锚泊系统；有限元法；A N S Y S-A Q W A；锚泊张力；运动响应
中图分类号：U675.92 文献标志码：A D O I：10.14141/j.31-1981.2019.02.005
Analysis for Mooring System of Ship
LIU Hui, CUI Jie, DENG Xiaokang, CHEN Lang
(School of N aval A rchitecture and Ocean Engineering, Jiangsu U niversity of S cience and Technology, Jiangsu Z henjiang 212003, China)
Abstract: The mooring system of a bulk carrier under wave, wind and f low load action is numerically simulated by creating the f inite element models in ANSYS-AWQA. The numerical simulation of t he ship mooring system under three typical working conditions is carried out, and the tension of t he anchor chain is checked, the motion response is analyzed, and the numerical calculation results are analyzed. The results show that the analysis f or the motion responses of t he mooring system and the tension check o f t he mooring lines p lay an important role in the construction and s afety of t he ship. In addition, the numerical simulation analysis can provide the basis and indemnity f or the selection of t he suitable mooring system, and it has great meaning f or reducing the economic loss.
Key words: mooring s ystem; f inite element method; ANSYS-AQWA; mooring f orces; motion responses
〇引言
21世纪峡，随着经济全球化进程的不断推 进，各国之间的願往来日趋m海运成为主要 的运输斌。醒，■在停泊^1<；徽每况时不可避免t也会链|」风、浪、；德荷的共同作用，从 而产生复杂的多自由度親合运动。因此，为了保证 ■白德营，其锚泊潑
J O H A N S S O N[1]于1976年在他的博士论文中建立了锚泊系统的有限元模型，并巨对其动力响应进 行了分析。f解仅考虑到锚泊系统与有关的速度、锚趣肋的效，还考虑到了锚泊系统fi离平 翻靖白獅，且它白非线注亂
由此他对有限元模型的时域进行了研究，得出的数 据可咖敕腿寸白漱态下的具体情况。J O H A N S S O N在前人的基础上，创造阻也提出 了一种航十算方法，用哉动方翩数值
作者简介：柳辉（1993_ )，硕士研究生•研究方向：浮式海洋结构水动力性能。
赖J I S,G O B A T f]提出了一种新臉验輕，用于计算由于猫i y=^受5唾向运动引起 的动勒。这种新的经验輕可以_麵于海洋灘作用力，而来计算锚趣肋的标
)鲂差。榭麵勺计難果和一系列麵T1圓」的实隨洋锚雖翻亍t m两者之间馱的误差在80/『11%2：间，标准^差的误差则在2%~3%之间。研^果表明：当水平运动产生显著变化时，具有款平均弓咖动弓肋的土舫顯产吴差。S H A S H I N K A L A等P]在前人的研究基础上，采 用有苗胶了獅寸单点系泊的三
维问题。他们通过对比有P阮方法得出的数值和在 不删波湖_波状况下得到的M M据，得 出了不同系泊点驳船的响应与锚链刚度系数之间的 親。碰麵啵隨况下，皮情况 下，分丰砲果和i i M^_~^B I N G H A^4]利用一种三维方法来求解船I白的运动响应；INOUE 腎71考虑了非线注的影响，并对系泊毅■■力相互作用进行分析；O H K U S H U^I」用二维理论探 索了浮体间的相互影响；K O R D A N^提出一种用来 娜斜浪作用下■间親潍析的理论;C H O I寧1〇]利用高_界元紛析2 之间的相互作用。麵等人間■二p m w a论雜搬荅趨
泊偷由轮的动力响应，■荅避白偷
优态下的一P觸、二0觸的响应谱備白缴长力鞭抗十算，麵夸计算所得的醒身咖模型试3纖据进行对比，发賴论结果穿《据基本巧，由此得出二P麵域摄动理论可运用于转塔 ■白偷由车働响应分析白猫论。F A N寧12]采用 频赃滋脘了《1^引趣_慢荡■力问题中锚撕引起的力。^J E h，锚鄕獅的0鹏
其运动间的初相位是密不可分的。因此可以通过频 船析得出相位信息，再■翻理论固尋出二阶的锚链张加向应函数，最后对瞻__勺时艦果，_正明，算例所離驗嫌細得
本论对鹏实际工程的需要，_ANSYS软件对120.1 m沿海散货船建立锚地系泊的有限元模型，在鲤江：兄下对该船舶挪■白进行数值娜，并又獅動进行校核，对趟响麵扮析〇1数值觀
1.1麟船有限元麵
本文计算福勺120.1 111';&^«的±^#数贝表1。本文使用ANSYS软件进行建模，由于主要计算細、浪、織荷共同作用下船舶锚泊系
统的锚随肋及其对运动的响应，因此只需建立该
船的^捧面模型即可。由于船*左右对称，故只需
建立一半的模型，爾I」用娜的方法分析即可。图1为的网格划分图〇
表1120.1m沿海散货船主要参数
m数值
120.100
麵115200
rnmm20200
mrnm8.600
7.770
14.800
1J锚泊系统有限元麵建立
丰白的iR J t和相_獅難为56 mm的锚链，表2为该锚链的主要
表2锚链主要#1i
久期缺口
m数值
^J m375.00
斯科拉扣篮Hf^rnm56.00
；§M/(k g/m)68.68
红阳药业
f i*负荷/k N1 710.00
W f t荷/k N2430.00
靖酶藤a制糧。観船舶的晒趨踊嵌度，可以^易地f損出
娜趙。京文史天地
写DAT文件以设置崇蔚_每窗系粒■。完成票■靖酶鯀泊点觸5®^，■縛缆孑_底系泊点厢苗麵鼓辣。最后，只需将改好后的DAT文件导入AQWA软件中计算即可。至此，整个有限元模型建立完毕，如图2所示。
造船技术研究
Sh^buildii^Tediiiolog^RfiseaKdi 图1 120.1m沿海散货船网格划分图
图2舶舶有限元^
2锚泊系统计算分析
2.1
为了弄浪、織w i M 義况遂鲡了以下3种：〇兄，分别为：
遇（ID兄1)、五^i(：D兄2)和十&H®(工
况3)。该3种工)兄对应的参数!»3。本论文中将
水深设100 m，波浪方向、风向和流向均设为
-180*。
表3 3种工^的翻S表
JM撒iB&i X i^m m JM17.410.71221216100 IE29511.61527295100 1^310.610.1 1.695333100
2<2細獅系统运动响应分析
在风、浪、流载荷共同作用M白的基础±，搬泊樹盼析，舸翻鲴齡个自
由度方向上重心__的变化曲线。本文m；计算，分别得出了在工；兄1、工)兄2、工)兄3下涵泊系统运 动响应的时间历程曲线。由于篇幅有限，现给出工 况3下镳白黯隨挪舰舶时'畈程曲线图，如图 3邊8尹际。
3个：0兄下綳齡个自由社的中已'挪曲猶P激肋綱，因此
I)兄3下__寸历曲线i S M的时间内急 剧下降】最后在20 m附近上下震荡；船«随链E寸历曲麵随着时间跡，懿越j 稳定臟；■白輸麵线后咖M d i旬 内剧烈振巾獻，随后振幅减小，但始终保
isi白離时历曲鮮■白驗时历曲线有 所相似，也是在开始后的极短时间内剧烈m，振 巾獻，而后振幅明显副、，基本为〇；船舶繼时历曲測一直保持剧烈震动的織；船舶臓时历曲鑛为鴨_寸间白獅趣吓降，軽
趋于稳定。在I；兄3下，■白重心在六个自由J E h 贿剧烈变化，但要求〇
图3工况3下船时历曲线
77s
图5工况3下船*0垂荡时历曲线
0 2 000 4 000 6 000 8 000 10000
m
图7工况3下船舶细番时历曲线
90
80 .
70 .
60 -
卜：
g 40 .
30-
20 . 10
-马提尼克岛 长高
0 .
-10-0 2 000 4 000 6 000 8 000 10000
T/s
围8工况3下舶舶摧摇时历曲线
2J船舶锚泊系统锚链张力校核
锚蹈肋白锚泊毅織十中最为翅
的工作，锚館肋的大小、所受张*是否超出锚链 礙载荷_獅廳每總者陽与
臟a s员安全肩息相关的重大问题，也是本论文 最为顧的一节。图9-图11分别给出了在I；兄1、工；兄2、工)兄3下锚涵肋的时间历程曲线。
造船技术研究
Sh^lraiildingTedmology R esearch
2000000
1500000 ■
| 1000000 ■
500000 ■
0.
0 2 000 4 000 6 000 8 000 10000
77s
图10工况2下舶舶锚链张力时历曲线礙载荷与猫肋；匕为2.275，证明了此锚 链完全可以满足船舶在一年一遇海况中的使用 要求。
从图10可看出：猫翻肋为1645 k N，礙载荷与猫鵃尤肋剋伪1.477，同时也可证 明此锚灘■白枉年■^每兄中的■要求。
从@11可看出：锚趣授肋为1957kN, 礙载荷与猫肋；匕为1.242，虽纖撕肋■、于锚链的礙载荷，頓富余跡，容易出现意外。由于所选船*为沿海散货船，实际 翻的海况相对于嫌的海棘说識觀，所以 也■满足■要求。
为了校核锚盤肋，本章利用A Q W A有限元 软件对麵所肛蘭避，兄分别为一 年H i、五年口十^H S，戀割難J了献个
自由度hlSI白重細苗链所S张*随时间的变化情 况。在六个自由度h，船舶重心的偏移程蔵随许范围之内，同时锚链所受张力也小于锚链的破断 负荷且有富余。力吃本船为溫S I M，溫每实际 、細寸比深海缓和，因此，戶脑ffiigiE 安飾酌勺要求。
图11工况3下舶舶锚链张力时历曲线
传奇故事2010从图9-图11可看出：在不同I；兄下，蒯白锚 趣肋随时间的走势《«目同的，都是在刚开始 力職的时间里，■锚魅越授到一m^的张九 随着时间的娜，锚趣礙肋会厦慢副、，駿越！戶连碰If劲56 m m，
荷为2 430 k N。
細9礦出：獅新韻^肋只有1068 k N，3结论
本论文以120.1 m沿海散货船为原型，在 A N S Y S-A Q W A中數了■白顔锚泊織的有限元模型，并对有限元模型进行了锚泊系统运动响应 分俯職礎肋■。脑寸麵白的3个
况的分議■，结合数值觀得出结论。
从船舶锚泊系统的锚链张力校核部分可以看 出，无论在明舯工；兄下，锚撕受张*的变化ji勞 縣一致，麵豆时间内，锚撕受张*以
值开始急扯升，越丨」默齡研始下降，鞋
趋3种I；兄下所贺肋的最大值渐肝锚链荷且有富余，廢飯相
应的本翅值鄭麗果可■同等
麵■锚泊系戀共借鉴与鋅。
参考文献：
[1] JOHANSSON P I A Finite Element Model for
Dynamic Analysis of Mooring CablesfD]. Boston:
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议