刘志强（江苏科技大学）--锚系计算机辅助模拟试验与锚唇生产设计

1 5000 Cars PCTC 拉锚计算机模拟试验与锚唇生产 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 总结 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 联系人地址： 刘志强 13952873736 江苏科技大学机械与动力工程学院（江苏省镇江市梦溪路 2 号，212003） E-mail: liuecsi@126.com 研究方向：船舶舾装设计及制造装备、船舶企业信息化技术研究与应用 江苏科技大学现代设计技术研究所 2011.3.15 2 辑 要 本研究从提高效率和减少成本角度出发，利用计算机模拟实验技术对 5000 Cars PCTC 拉锚试验问题进行了深入研究，实验的目的是确定锚链管与船体中线 面的夹角以及与基线面的夹角是否合适，锚唇贴合状态以及收放锚是否合理。 锚系统的设计和选型都是凭经验完成的，特别是锚台及锚唇的设计，对每一 艘船舶都有不同的使用要求，因此其尺寸、形状和布置均会有所差异，需要通过 模型拉锚试验来检验设计结构的合理性。如何迅速解决锚唇的设计与试验，是船 舶企业面临的紧迫问题。 大抓力锚是大吨位船舶的优选设备，因其重量小、抓力大等优点被国内外船 东所认可。大抓力锚重心是在转轴之上，所以锚唇的设计很重要，不然有可能会 导致锚收紧的时候不能跟锚唇贴合。目前，我国船舶大抓力锚锚唇和锚台的设计 很多情况是委托国外企业或院所，不仅使船舶造价增加，还造成交船期不能保证， 造船企业市场竞争力下降。 首制船在设计锚系布置图时，图纸中一般都要求做拉锚模型试验。一般都是 把锚和锚台、锚唇或锚穴按照一定比例缩小，制作模型，做实验。虽然现在许多 船厂从成本和时间的角度，已不做了。但如万一有问题，后期的修改工作量巨大， 现场花费的人工费用、钢板材料费、生产进度的损失等消耗也是一个不小成本。 另外，由于大抓力锚的重心位置较高，锚爪更易内翻。对于它的锚系布置要 多加注意，所有的锚在实船起锚时，都会发生锚爪内翻的情况，这就是要求在做 拉锚模型试验时，将锚爪人为设置为内翻的情况以校核锚系布置。 本研究实现了 5000 Cars PCTC 锚系三维模型的虚拟设计和虚拟装配，并对 锚系起锚运动和锚-锚唇贴合状态进行了计算机仿真试验研究。此项技术可以代 替制作木模进行模拟拉锚确定设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，提前预示实际安装时贴合不合 理的情况出现，具有节省成本、减少工期、便于修改设计的优点，是值得在船 舶行业推广使用的技术。 3 0 引言 船舶收放锚的运动轨迹是一个十分复杂的过程，是影响船舶航行安全非常重要的项目， 若锚链筒和锚唇的设计与锚系选型匹配不当，当锚在被拉紧之前可能出现的异常情况以及导 致的不良影响。 目前国内各船厂采用的方法是通过反复制作木模进行拉锚试验，根据试验结果对锚链 筒、锚台和锚唇的位置和形状进行修正，直达到理想的效果。每次调整设计结果后，都必须 重新制造木模，要消耗大约五立方米的木材和大量的人力和时间。因此，采用虚拟样机技术 确定锚链筒的位置和锚唇形状，从而摆脱拉锚试验，其经济效益是可观的。 如何提高锚系的优化选型及锚唇的结构优化设计的效率，是当前船舶锚系方案设计所面 临的重要问题。本研究根据当前船舶锚系生产和设计中所存在问题的基础上，利用我们二次 开发的专用拉锚仿真软件进行辅助设计和分析功能。在建立三维模型的基础上，采用虚拟样 机仿真技术，并以5000 Cars PCTC的锚系为例，对大抓力锚和锚唇的贴合状态进行CAE运动 仿真试验研究，根据计算机仿真分析结果修改锚系设计，从而代替制作木模进行模拟拉锚确 定设计方案。 初始设计 制造木模 拉锚试验 实际制造 经验 船型 吻 合 重新设计 不吻合 开 始 锚 三 维 建 模 船 艏 三 维 建 模 锚 唇 （ 包 括 锚 链 筒 ） 初 始 设 计 锚 唇 （ 包 括 锚 链 筒 ） 参 数 化 三 维 建 模 计 算 机 运 动 仿 真 制 造 结 束 Y N 调 整 参 数 传统锚唇设计与木模实验图 计算机虚拟仿真拉锚实验 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 1 5000 Cars PCTC锚系虚拟样机的建立 建立机构的三维模型，先对组成 5000 Cars PCTC 锚系的锚-锚链-锚唇的主要特征进 行分析，并根据锚唇初步方案设计的结构尺寸，以及选用的锚及锚链尺寸，建立零件精确的 三维实体模型，然后装配完，最后运动仿真分析，对其进行运动和贴合状态仿真分析。 1.1 三维几何模型的建立 其中大抓力锚为外购件，根据供应方提供的工程图进行三维建模，并对锚链筒、锚唇、 船艏三维建模，目的是在船艏上确定锚链筒安装位置。如图 1所示，（a）为平面布置图，（b） 为三维装配图。 4 （a）平面布置图 （b）三维装配图 ①- 锚机，②-锚链，③-锚链筒，④–锚台，⑤-大抓力锚，⑥-锚唇，⑦-锚链管 （c）三维装配图 图 1锚系平面布置图和三维装配图 1.2 多刚体运动学和动力学模型 求解多刚体系统分为：部件、约束、力和自定义部分，并为其中每一个部件建立 6个一 阶动力学方程（建立力和加速度关系）和 6 个一阶运动学方程（建立位置与速度的关系）， 为每一个约束列出若干代数约束方程（方程的数目与其限制的自由度数目相同），并提供多 种力的特性。 锚-锚链组成一个开式的空间运动链，对每个组成运动的刚体建立广义坐标系下的拉格 朗日方程和相应的约束方程如下： ji n i j i j j dt d F q ψ q U q U          0 )( （1） iψ =0（ 1,2i ……m） （2） 式（1）、（2）中：U --动能； jq --描述系统的广义坐标； iψ --描述系统的约束方程； jF - 在广义坐标方向的广义力； i ---m×1 的拉格朗日乘子列阵。 运动仿真过程就是不断求解上述方程的过程，两种线性代数方程求解方法：CALAHAN 方 法与 HARWELL 方法，CALAHAN 方法不能处理冗余约束问题，HARWELL 方法可以处理冗余约束 问题，CALAHAN 方法速度较快。对于非线性代数方程，则采用修正的Ｎewton-Raphson 迭代 5 算法进行求解。对式（1）、（2）可采用降阶的方式进行求解此微分方程组。 2 锚系运动仿真试验流程 锚系运动仿真主要目的为：一是检测起锚后锚在上升过程中是否和船体碰撞，我们称之 为起锚仿真检测；二是检测锚唇的设计是否合理，锚在收紧后能否很好地与锚唇贴合，以避 免船舶运动过程中产生晃动及碰撞，我们称之为锚唇贴合仿真检测。 求解器 初始条件计算 方程自动组集 分析迭代 建 模 求 解 CAD 几何模型 CAE 物理模型 CAE 分析结果数值求解 图2 船舶锚-锚唇贴合状态仿真试验分析流程 3 5000 Cars PCTC锚系锚唇贴合仿真试验结果分析 3.1 分析结果（详细仿真录像另附） 5000 Cars PCTC选用抓重比大的大抓力锚，起锚过程中，锚在与锚唇贴合时候锚爪有 旋转的过程。图3和图4分别是运动仿真得到的最后贴合状态侧面和正面图，从图上可以看出, 锚爪和锚唇贴合状态良好,并且运动过程中能逼真呈现实际起锚到贴合的整个过程运动情 况。同时,在接近贴合的时候,能清楚仿真翻锚爪的功能。如果锚唇设计或者锚链筒设计的不 好，则会出现卡锚或者贴合状态不符合。后面进行修改设计时候，可以利用主模型的概念， 在CAD模型中进行修改，然后重新进行仿真。 图3 锚唇贴合状态侧面 图4 锚唇贴合状态正面 6 7 3 生产设计（详细设计图纸另附） 由于锚链筒以及锚级布置已经设计好，本生产设计主要是锚唇和锚台的。 8 布置图 生产设计图 4 总结 实现了 5000 Cars PCTC 锚唇的三维全参数化建模,并对拉锚过程进行动态仿真,用以 优化锚唇设计，可完全替代木模实验。利用船舶锚系计算机仿真试验技术，分析锚唇设计的 合理行，然后在此仿真试验的基础上，进行生产设计。 9